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

77352. Общение в Интернете: реальность или уход от нее 17 KB
  Строятся предположения о том что постоянные пользователи интернета с его помощью избегают социальных контактов или возможно изза посещения сети Интернет пользователи теряют способность к живому общению и взаимодействию с другими людьми. Также был использован инструментарий для оценки социальной тревожности измеряемой как сумма страха перед социальными контактами и избегания социальных контактов. Обнаружена отрицательная корреляция между избеганием социальных контактов и количеством друзей знакомых только через интернет интернетдрузья....
77353. ОДИН ПОДХОД К ВЫЧИСЛЕНИЯМ ПО ЗАПРОСУ 33.5 KB
  Проект содержит в себе способ запуска программы перечень входных данных способ их передачи к программе способ сбора результатов вычисления. В данном подходе среда может автоматически решить задачу построения графического интерфейса создав его по описанию входных и выходных данных. Также автоматизируется: передача данных между интерфейсом и программой учет пользователей запусков и результатов контроль ресурсов. Методы распределённых вычислений на основе модели потока данных.
77354. On practice of views design in computer visualization systems 13.5 KB
  For correct nd effective visul representtion it is necessry to understnd ccurtely wht sttes nd fetures of the given object re under interest becuse representtion of fetures sttes nd chnges of sttes there is primry gol of visuliztion. View one my define s the...
77355. ONE APPROACH TO COMPUTING ON DEMAND 26.5 KB
  Consider sitution when we wnt to provide remote ccess to such progrm using the grphicl interfce. It is not esy for mthemticin to upgrde his progrm to the scenrio described bove. This project contins description how to run the progrm list of input dt wy to trnsfer it to the progrm nd the wy to collect the results.
77356. Описание параллельных вычислений при помощи замыканий 35 KB
  Переменная n из множества NMES принимает значение истина только в том случае когда вычислен блок данных с именем являющимся и именем n. Для вычисления в функцию F передаются 1 список аргументов RGS 2 битовый вектор со значениями переменных NMES и 3 вычисленные блоки данных имена которых совпадают с именами переменных из...
77357. ПСИХОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ФЕНОМЕНА ПРИСУТСТВИЯ В ВИРТУАЛЬНОЙ СРЕДЕ 103 KB
  Цель данной работы определить круг основных понятий связанных с человеческим фактором в контексте виртуальной реальности. В литературе приводятся такие понятия как виртуальная реальность среда виртуальной реальности виртуальная среда иммерсивная виртуальная среда присутствие англ.
77358. О реальности автоматизации отладки счетных программ 26.5 KB
  Современные отладчики позволяя осуществлять мониторинг по ходу исполнения программы помогают в локализации ошибок. Для таких систем нужна эталонная программа или эталонный запуск сохраняющий информацию о ходе выполнения программы. В частности о неправильности может сигнализировать сбой программы типа деления на ноль некорректного обращения к памяти или срабатывания ssertусловия. В случае плавающей ошибки анализируя выдачи программы при разных запусках можно попытаться обнаружить отличающиеся значения.
77359. Средства визуальной поддержки процесса распараллеливания последовательных программ 187 KB
  Одной из важных задач поддержки и организации супервычислений является задача распараллеливания огромных объемов прокладных программ, созданных в предшествующую эпоху для последовательных ЭВМ. Эти программы успешно решали задачи математической физики, моделирования химических процессов, небесной механики и др. После появления современных параллельных вычислителей с 1000 и 10 000 процессоров встает проблема превращения надежных и проверенных кодов в эффективные и мобильные параллельные программы.
77360. Параллельный рендеринг воксельной графики 27.5 KB
  В данной статье описывается разработка средств распараллеливание воксельной графики используемой для представления больших объемов данных получаемых в результате компьютерного моделирования сложных процессов. Обычно данных представляются в виде 3х мерного массива. Затем вычисляется ближайшая точка пересечения этого луча с областью данных параллелограммом. После этого алгоритм движется по трёхмерному массиву данных с шагом в одну ячейку до попадания в не пустую точку.