76367

Акустические методы НК

Лекция

Физика

Природа и свойства ультразвуковых колебаний. Распространение упругих колебаний в сплошной среде представляет собой волнообразный процесс. Диапазоны упругих колебаний в материальных средах Физическая природа упругих колебаний одинакова во всем диапазоне частот. Свойства упругих колебаний...

Русский

2015-01-30

277.5 KB

0 чел.

Лекция 8  Акустические методы НК

   План лекции. Общие понятия: упругие материалы, линейные, однородные, изотропные и анизатропные среды. Продольные, поперечные (сдвиговые) волны и их физические характеристики: скорость, частота, длина, волновое число. Ультразвуковой диапазон волн, акустическое сопротивление контролируемых сред.

 Природа и свойства ультразвуковых колебаний.  Если в сплошной среде – газах, жидкостях или твердых телах частицы среды окажутся выведенными из положения равновесия, то упругие силы, действующие на них со стороны других частиц, будут возвращать их в положение равновесия. При этом частицы будет совершать колебательное движение. Распространение упругих колебаний в сплошной среде представляет собой волнообразный процесс.
        Колебания с частотой от единиц Гц до 20 Гц называются 
инфразвуковыми, при частоте от 20 Гц до 16…20 кГц колебания создают слышимые звуки. Ультразвуковые колебания  соответствуют частотам от 16…20 кГц до 108 Гц, а колебания с частотой более 108 Гц получили название гиперзвуков. На рис.8.1 показана логарифмическая шкала частот, выполненная на основе выражения lg2f = 1, 2, 3 …, n, где 1, 2, 3 …, n – номера октав.

Рисунок 8.1 - Диапазоны упругих колебаний в материальных средах

         Физическая природа упругих колебаний одинакова во всем диапазоне частот. Свойства упругих колебаний .
             
Форма волны - это форма волнового фронта, т.е. совокупности точек, обладающих одинаковой фазой.  Звуковые волны подразделяются по типу волн: они могут быть продольными, поперечными, изгибными, крутильными – в зависимости от условий возбуждения и распространения.

       В жидкостях и газах распространяются только продольные волны, в твердых телах могут возникать также поперечные и другие из перечисленных типов волн. В продольной волне направление колебаний частиц совпадает с направлением распространения волны (Рис. 8.2, а), скорость продольной волны

где –Е – модуль Юнга;      ρ – плотность среды.

поперечная волна распространяется перпендикулярно направлению колебаний частиц (Рис.8.2, б), скорость поперечной волны

где –G – модуль сдвига;      ρ – плотность среды.

                

                                            а)                                                                  б)

Рисунок 8.2 – Движение частиц при распространении волны. -

а) - движение частиц среды при распространении продольной волны;

б) - движение частиц среды при распространении поперечной волны.

Продольными называются волны когда направление колебаний, частиц среды совпадают с направлением акустических волн и в среде возникают упругие деформации сжатия.

           Любая волна, как колебание, распространяющееся во времени и в пространстве, может быть охарактеризована частотойдлиной волны и амплитудой (Рис. 8.3).  При этом длина волны λ связана с частотой f через скорость распространения волны в данном материале c: 

                                                             λ = c/f.

      Частота – это количество колебаний, совершаемых системой в единицу времени; длина волны  – это расстояние, которое проходит волна за время равное периоду колебаний T (T = 1/f ), т. е. за время, затраченное на одно колебание; амплитуда колебаний – это максимальное отклонение колебательной системы от положения равновесия.
      

Рисунок 8.3 - Характеристики колебательного процесса

    
   
Длина волны λ — это расстояние, которое проходит волна, пока частица среды совершает одно колебательное движение. Расстояние между соседними максимумами или минимумами возмущения считают длиной волны.
   
Амплитуда колебаний А - представляет собой максимальное смещение частицы из положения равновесия во время ее колебательного движения, вызванного возбуждением частиц среды.
  
Частота колебаний f — это число колебаний, совершаемых частицей среды за одну секунду. Для звуковых волн, генерируемых средой, характерен непрерывный ряд или диапазон частот. Самая низкая частота волны называется основной или собственной, а остальные являются гармониками или обертонами. Частота второй гармоники в два раза превышает собственную частоту системы. Аналогично частота третьей гармоники превышает ее в три раза и т.д.
    
Период колебаний Т - это время, необходимое частице для совершения одного колебатель-ного движения. По определению время, за которое волна производит f колебаний, равно 1 секунде.
      
Колебание – это возвратно-поступательное движение из одного крайнего положения в другое и обратно через положение равновесия.
     
Фаза колебаний φ — это отношение смещения колеблющейся частицы в данный момент времени к его амплитудному значению. Если точки колебательного процесса находятся в одной фазе (их разность фаз составляет 2π), то расстояние между этими двумя точками равно одной длине волны λ.
     
Скорость распространения колебаний С — это расстояние, пройденное волной за одну сек.

Особенности ультразвуковых колебаний.

1. Обычно границей начала ультразвукового диапазона частот принято считать 16...20 кГц. На практике используются УЗ колебания по верхней границе  с частотой до 25 мГц.  Колебания таких высоких частот могут распространяться только в кристаллах.

2. УЗ колебания может распространяться в любых материальных средах (в прозрачных и непрозрачных средах, проводниках и диэлектриках и т.п.), что позволяет использовать их для исследования и воздействия на полимеры, металлы, жидкости, газы и др.

3.  Мощность ультразвуковых колебаний, распространяемых в средах, пропорциональна квадрату частоты, и поэтому, в отличие от мощности звуковых колебаний - очень велика. Мощность ультразвуковых колебаний может достигать сотен киловатт, а интенсивность (энергия, распространяемая через единицу площади в единицу времени) - 1...1000 Вт/см2. При таких интенсивностях ультразвукового воздействия внутри материальных тел может распространяться очень большая энергия механических колебаний. В ходе распространения волны (в колебательном процессе) возникают перепады звукового давления, превышающие десятки мПа. Кроме того, это давление меняет свой знак, переходя в разряжение с частотой большей 20 тысяч раз в секунду.
      Возможность ввода огромных энергий позволяет повышать эффективность множества различных технологических процессов, создавать новые материалы, получать новые вещества, решать многие вопросы технологического контроля и измерений. Эти свойства положены в основу применения УЗ контроля.

4.  Важнейшей акустической характеристикой среды является упругое волновое сопротивление – акустический импеданс, Z:

                                                    

5. Скорость распространения звуковой волны в различных средах, табл. 8.1   

Таблица 8.1. – Скорость звука в различных средах

6. Для звуковых волн выполняются законы отражения и преломления, распространения аналогичные законам отражения и преломления света

   

PAGE  4


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

79440. Процессы интеграции 44.67 KB
  Процессы интеграции. рассмотрено по госту 51 904 Цели процесса интеграции состоят в получении интегрированной системы. Требования для этого процесса: Исполняемый объектный код должен быть генерирован на основе исходного кода и информации о редактировании связей и загрузке; ПО должно быть загружено в объектный компьютер для интеграции аппаратных средств и ПО; Для неадекватных или некорректных входных данных обнаруженных в процессе интеграции необходимо обеспечить обратную связь с процессами определения требований к ПО проектирования ПО...
79441. Процессы планирования. Планирование инфраструктуры проекта 47.87 KB
  Планирование инфраструктуры проекта. Цели и наборы компонентов инфраструктуры проекта по созданию ИС: Средства коммуникации между участниками ИС; Средства разработки; Обеспечивающий персонал бухгалтеры уборщицы; Лингвистическое обеспечение; Единое информационное пространство СУБД БД.207 2010 год: Элементами инфраструктуры могут быть технические средства программные средства методы инструментарий технические приемы стандарты а также средства для разработки применения по назначению или сопровождения. Эти планы должны...
79442. Стиль и принципы руководства самодеятельными объединениями в современных условиях 32.19 KB
  Принципы руководства: Взаимодополняемость субъектов управления в коллективе. Принцип единства социального воспитания и самореализации личности. Принцип диалогичности отношений.
79443. Разработка программы досугового мероприятия: основные этапы и выразительные средства 30.53 KB
  Можно встретить следующие виды таких программ: Познавательноразвлекательная программа конкурс викторина интеллектуальная игра Праздничная историческая программа литературномузыкальные композиции к памятным датам концертные программы и др. Такие программы требуют от организаторов творчества фантазии и изобретательства а также четкого построения сценария с учетом возраста аудитории. Популярными видами комплексных досуговых программ являются шоупрограммы пышное костюмированное сценическое действие с участием звезд в небольших...
79444. Тенденции развития современного туризма 29.65 KB
  В то же время увеличивается роль стран Нового Света в туристских обменах. В настоящее время наблюдаются такие пропорции: массовые или групповые туристы составляют 2030 от общего числа туристов; остальные 7080 индивидуальные туристы путешествующие в близлежащие страны. Это соотношение в последние годы меняется в пользу массового туризма причины чего следующие: уменьшение числа последовательных дней отпуска и в то же время увеличение частоты отпусков; низкая цена авиаперевозок; увеличение числа чартеров; повышенная заинтересованность...
79445. Ресурсная база социально-культурной деятельности 24.71 KB
  Ресурсы это вспомогательные средства методы и формы СКД Ресурсная база СКД это все те средства возможности которые позволяют осуществлять различные виды деятельности создавать культурные услуги блага. Ресурсная база СКД это совокупность организационных финансовых хозяйственных информационнометодических психологопедагогических кадровых нормативно правовых условий. Ресурсная база СКД это совокупность основных компонентов необходимых для производства конкретного продукта культурных благ и услуг.
79446. Информационная культура личности. Сущность, структура, пути формирования 27.69 KB
  В последние годы возрос интерес к понятию информационная культура. Информационная культура это часть общей культуры общества личности. Понятие информационной культура важно тем что выполняет технологический срез всех информационных процессов в обществе концентрирует внимание исследователей на достигнутом уровне обращения с информацией позволяет судить о направленности и быстроте изменений в этой области и таким образом прогнозировать ее дальнейшее развитие.
79447. Методика проведения эмпирического исследования социально-культурной деятельности 32.48 KB
  Это дает дополнительные возможности для углубления в сущность правовой коллизии в мотивационные сферы ее участников. Документы в качестве артефактов то есть искусственных вторичных фактов способны свидетельствовать о действительных некогда существовавших первичных фактах правовой жизни общества и личности. Сведенные воедино оба эти взгляда социологический и правоведческий дают объемное изображение исследуемой социальноправовой реалии позволяют зафиксировать в ней такие свойства и грани мимо которых исследователи действуй они...
79448. Социально-культурная деятельность в системе непрерывного образования 26.54 KB
  Целостность системы непрерывного образования благоприятна для эстетического развития которое осуществляется на всех этапах возрастного развития личности гармонизирует и развивает все духовные способности человека необходимые в различных областях творчества и профессиональной деятельности. Во второй половине XX века концепция непрерывного образования приобретает главенствующую роль в развитии педагогической мысли. Лениграндом в 1965 году на форуме ЮНЕСКО была представлена концепция непрерывного образования в которой основой всех...