2.4 超声波的声速.pptVIP

2.4 超声波的传播速度 超声波在介质中的传播速度是表征介质声学特性的重要参数。 超声波在介质中的传播速度与介质的弹性模量和密度有关。对特定的介质，弹性模量和密度为常数，故声速也是常数。不同的介质，有不同的声速。 超声波波型不同时，介质弹性变形型式不同，声速也不一样。 2.4.1 固体介质中的声速 1.无限大固体介质中的声速 无限大固体介质是相对于波长而言的，当介质的尺寸远大于波长时，就可以视为无限大介质。 在无限大的固体介质中，纵波声速为： 在无限大的固体介质中，横波声速为： 在无限大的固体介质中，表面波声速为： 所有固体介质的泊松比都在0～0.5之间。 （1）固体介质中的声速与介质的密度和弹性模量等有关，不同的介质，声速不同；介质的弹性模量愈大，密度愈小，则声速愈大。 （2）声速还与波的类型有关，在同一固体介质中，纵波、横波和表面波的声速各不相同，并且相互之间有以下关系： CLCSCR 在同一种固体材料中，纵波声速大于横波声速，横波声速又大于表面波声速。 对于钢材1.8：1：0.9 2.4.1 固体介质中的声速 2.细长棒中的纵波声速在细长棒中（棒径d≤）轴向传播的纵波声速与无限大介质中纵波声速不同，细长棒中的纵波声速为： 2.4.1 固体介质中的声速 3.固体介质中声速与温度、应力、均匀性的关系 固体介质中的声速与介质温度、应力、均匀性有关。一般固体中的声速随介质温度升高而降低。 固体介质的应力状况对声速有一定的影响，一般应力增加，声速增加，但增加缓慢。 固体材料组织均匀性对声速的影响在铸铁中表现较为突出。铸铁表面与中心，由于冷却速度不同而具有不同的组织，表面冷却快，晶粒细，声速大；中心冷却慢，晶粒粗，声速小。此外，铸铁中石墨含量和尺寸对声速也有影响，石墨含量和尺寸增加，声速减少。 2.4.1 固体介质中的声速 4.兰姆波声速 兰姆波分为对称型（S）和非对称型（A）两类。由于兰姆波传播时受到上下界面的影响，因此其声速与纵波、横波、表面波不同，它不仅与介质的性质有关，而且与板厚、频率等有关。对于特定的板厚和频率组合，还可有多个对称型和非对称型的振动模式，每个模式具有不同的波速。 兰姆波声速分为相速度和群速度。 相速度是振动相位传播的速度，是对单一频率连续谐振波定义的传播速度， 群速度是指多个相差不多的频率的波在同一介质中传播时互相合成后的包络线的传播速度。 兰姆波声速的有关因素 与f·d、Cs、Cl有关。 对于确定的介质，Cs、Cl为定值，因此Cp仅是f·d的函数。对于某一个Cp值对应有无数个f·d值。 当f·d一定时，不同类型的兰姆波相速度Cp不同 当f·d一定时，不同类型的兰姆波群速度Cg不同 2.4.2 液体、气体介质中的声速 1.液体、气体中声速公式 由于液体和气体只能承受压应力，不能承受剪切应力，因此液体和气体介质中只能传播纵波，不能传播横波和表面波。液体和气体中的纵波波速为： 液体、气体介质中的纵波声速与其容变弹性模量和密度有关，介质的容变弹性模量愈大、密度愈小，声速就愈大。 2.液体介质中的声速与温度的关系 几乎除水以外的所有液体，当温度升高时，容变弹性模量减小，声速降低。唯有水例外，温度在74℃左右时声速达最大值，当温度低于74℃时，声速随温度升高而增加；当温度高于74℃时，声速随温度升高而降低。 CL=1557-0.0245(74-t)2 2.4.3 声速的测量 1.超声检测仪器测量法 对检测人员来说，用检测仪器测量声速是最简便的。用这种方法测量，可用单探头反射法，也可用双探头穿透法。可用于测量纵波声速，也可用于测量横波声速。 （1）检测仪按时间刻度： （2）检测仪按深度刻度： 对比法 精度不高，误差分析 2.4.3 声速的测量 2.测厚仪测量法 常用测厚仪分为共振式和脉冲反射式两种，利用这两种测厚仪来测量声速的方法有所不同。 （1）共振式测厚仪： （2）脉冲反射式测厚仪： 3.示波器测量法 * * *