超聲波在介質(zhì)中傳播

1、超聲波在介質(zhì)中傳播第1頁，共18頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)13分，星期三超聲波在介質(zhì)中傳播教學(xué)目的：了解超聲波的波型及種類，掌握超聲波在不同材料中的聲速特性及多列超聲波相遇疊加規(guī)律。第2頁，共18頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)13分，星期三一、超聲波分類超聲波分類縱波橫波表面波板波縱波：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向和波的傳播方向在同一條直線上的傳播的波稱為縱波。也稱壓縮波或疏密波。超聲波在均勻介質(zhì)中傳播第3頁，共18頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)13分，星期三一、超聲波分類橫波：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向和波的傳播方向相垂直的波稱為橫縱波。也稱切變波。橫波只能在固體材料中傳播。超聲波在均勻介質(zhì)中傳播第4頁，

2、共18頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)13分，星期三一、超聲波分類表面波：質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)具有縱波和橫波的綜合特性。表面波沿固體表面?zhèn)鞑?，其滲入程度在波長(zhǎng)范圍內(nèi)。根據(jù)材料厚度、波長(zhǎng)、質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方式及傳播速度不同，表面波分為瑞利波和樂甫波。超聲波在均勻介質(zhì)中傳播第5頁，共18頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)13分，星期三一、超聲波分類 當(dāng)固體厚度大于波長(zhǎng)時(shí)，產(chǎn)生瑞利波。其質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)軌跡是橢圓形，橢圓長(zhǎng)軸垂直于固體表面，短軸平行于表面。瑞利波只在表面?zhèn)鞑?，進(jìn)入固體內(nèi)部迅速衰減。超聲波在均勻介質(zhì)中傳播第6頁，共18頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)13分，星期三一、超聲波分類 當(dāng)固體厚度小于波長(zhǎng)時(shí)，產(chǎn)生

3、樂甫波。其質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向垂直于波傳播方向。樂甫波可以在不同密度材料之間的表面?zhèn)鞑?。常用于檢測(cè)復(fù)合材料分層缺陷。超聲波在均勻介質(zhì)中傳播第7頁，共18頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)13分，星期三一、超聲波分類板波：當(dāng)板材的厚度與超聲波的波長(zhǎng)相當(dāng)時(shí)，在彈性薄板中傳播的超聲波稱為板波。也稱蘭姆波。超聲波在均勻介質(zhì)中傳播第8頁，共18頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)13分，星期三一、超聲波分類超聲波在均勻介質(zhì)中傳播板波傳播時(shí)，板材兩表面和中間質(zhì)點(diǎn)都發(fā)生振動(dòng)，聲場(chǎng)遍及板材整個(gè)厚度。質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)是縱波和橫波成分之和，運(yùn)動(dòng)軌跡為橢圓形。板波分為對(duì)成型(S型)和非對(duì)稱型(A型)。第9頁，共18頁，2022年，5

4、月20日，10點(diǎn)13分，星期三二、超聲波波型超聲波在均勻介質(zhì)中傳播波在傳播過程中，將某一疏瞬間波到達(dá)各質(zhì)點(diǎn)的幾何位置所聯(lián)成的面稱為波陣面。按波陣面分超聲波波型平面波球面波柱面波活塞波第10頁，共18頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)13分，星期三三、超聲波聲速超聲波在均勻介質(zhì)中傳播超聲波在介質(zhì)中傳播速度稱為超聲波聲速?？v波聲速CL橫波聲速Ct表面波聲速Cr第11頁，共18頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)13分，星期三三、超聲波聲速超聲波在均勻介質(zhì)中傳播一般固體介質(zhì)泊松比在0.33左右如鋼0.28，CL/Ct1.8，Cr0.9Ct。超聲波在鋼中傳播，縱波聲速為橫波聲速1.8倍；表面波為橫波聲速

5、的0.9倍。由于液體和氣體介質(zhì)沒有剛性，不能承受切應(yīng)力，橫波和表面波不能在液體和氣體中傳播，只有縱波可以在液體氣體中傳播。第12頁，共18頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)13分，星期三三、超聲波聲速超聲波在均勻介質(zhì)中傳播結(jié)論：1、介質(zhì)彈性性能愈強(qiáng)（E越大），密度愈小，則超聲波在該介質(zhì)中傳播聲速愈高；2、在同一種介質(zhì)中，縱波聲速約為橫波的2倍，橫波聲速約為表面波0,9倍；3、在液體和氣體介質(zhì)中只能傳播縱波?？v波在液體氣體中聲速第13頁，共18頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)13分，星期三四、超聲波傳播時(shí)相遇超聲波在均勻介質(zhì)中傳播當(dāng)幾束超聲波在同一介質(zhì)中傳播時(shí)，波的傳播是獨(dú)立的，但在相遇處質(zhì)點(diǎn)

6、振動(dòng)是各波在該點(diǎn)所引起振動(dòng)的矢量合成，即波的疊加原理。兩個(gè)頻率相同、振動(dòng)方向相同、相位相同或相位差恒定的波疊加時(shí)，某些振動(dòng)始終加強(qiáng)，另一些振動(dòng)始終減弱或完全抵消。實(shí)際探傷應(yīng)避免干涉產(chǎn)生。1、疊加原理2、波的干涉第14頁，共18頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)13分，星期三四、超聲波傳播時(shí)相遇超聲波在均勻介質(zhì)中傳播 兩個(gè)振幅相同、頻率相同的相干波，在同一條直線上沿相反方向傳播時(shí)，疊加形成某些質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)始終減弱，另一些質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)始終最大。駐波是干涉的特例。3、駐波第15頁，共18頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)13分，星期三四、超聲波傳播時(shí)相遇超聲波在均勻介質(zhì)中傳播4、惠更斯原理振動(dòng)在介質(zhì)中傳播形成波。在連續(xù)分布介質(zhì)中，任何一點(diǎn)振動(dòng)將引起相鄰質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，因此，波動(dòng)中任何一點(diǎn)都可以看作新的波源，即子波源。第16頁，共18頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)13分，星期三四、超聲波傳播時(shí)相遇超聲波在均勻介質(zhì)中傳播在連續(xù)介質(zhì)中傳播波的波前所有各點(diǎn)，都可以看作是發(fā)射子波的波源，經(jīng)過一段時(shí)間后，這些子波波前新位置的包絡(luò)線決定新的波陣面。這就是惠更斯原理。4、惠更斯原理第17頁，共18頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)13分，星期三超聲波在均勻介質(zhì)中傳播 超聲波分為縱波、橫波、表面波和板波。在介質(zhì)中傳播時(shí)，不同的波型聲速是不同的。只有縱波可以