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

63883. Социальное отчуждение - проблема современного общества 44.5 KB
  Но разве возможно заменить межличностное общение понять что происходит в душе человека увидеть его глаза и понять его настроение если вы не видите собеседника. По мнению Хайнеманна доминирующей формой социального отчуждения становится отчуждение техническое обусловленной ростом места техники в жизни современного человека.
63884. Формы проявления социальной солидарности и социального отчуждения в современной России 29.3 KB
  Кроме этого нужно отметить что научно-технический прогресс также оказывает значительное влияние на развитие нашего общества. Данные вопросы актуальны и затрагивают различные сферы общества. Говоря о социальной солидарности можно сказать что она является одним из основных компонентов существования общества.
63885. Трансформация социальных стереотипов 20.92 KB
  Социальные стереотипы прежде всего это упрощенные схематизированные образы социальных объектов разделяемые достаточно большим числом членов социальных групп. Так например бывают этнические и религиозные профессиональные идеологические возрастные и другие стереотипы.
63886. Социальная ответственность бизнеса в мировой экономике 83.5 KB
  Однако несмотря на актуальность феномена КСО общепринятого точного определения для социальной ответственности нет. Несмотря на отсутствие единого и общепринятого определения КСО это понятие обычно относится к процессу принятия решений в бизнесе осуществляемому в привязке к этическим ценностям следованию...
63887. Групповое взаимодействие в социокультурном процессе: ролевые ожидания и нормы 25.24 KB
  То что делает человек в значительной мере объясняется пониманием им своей роли. Окружающие следят за точностью выполнения этой программы с тем чтобы поведение человека соответствовало его роли. Разнообразие групповых норм требует от участников некой гибкости ролевой тактики человек в разных группах имеет отличительные роли.
63888. Общая характеристика правовых конфликтов в Интернете в современной России 44.12 KB
  Интернет и высокие технологии самим своим появлением преобразовали наше социальное и культурное пространство отрицать мы этого не можем. Множество возможностей для общения нам дают современные технологии Интернет: читать книги смотреть фильмы посещать музеи...
63889. Социокультурная статика и социокультурная динамика 41.5 KB
  Статика и динамика культуры это понятия отражающие состояния покоя неизменности культуры и те изменения которые происходят в культуре во взаимодействии различных культур. Традиции существуют во всех формах духовной культуры. Благодаря им развивается общество так как молодое поколение усваивает достигнутый...
63890. Социальные стереотипы в трансформационном аспекте 46.5 KB
  Социальные стереотипы в трансформационном аспекте XXI век век развития информационных технологий инноваций всего человечества. Стереотипы это предубеждения людей определенные клише которые создавались на протяжении многих лет...
63891. О необходимости формирования профессиональных ориентаций школьников 42 KB
  Выбор профессии профессионального учебного заведения для многих является не просто задачей. Согласно полученным данным большинство опрошенных школьников 52 не имеют четких представлений о своей будущей профессии: 30 не определились 22 затруднились ответить.