超声波探伤幻灯片课件第二章_超声波探伤物理基础.ppt

第一章 超声波探伤的物理基础  黄新超 河南省锅炉压力容器安全检测研究院 2010年4月 第一章 超声波检测的物理基础 超声波是一种机械波，是机械振动在介质中的传播。 该章主要涉及几何声学和物理声学的基本定律和概念。 几何声学：反射定律、折射定律、波形转换。 物理声学：波的叠加、干涉、衍射等 §1 振动与波动 §1－1振动 物体沿着直线或曲线在某一平衡位置附近作往复周期性的运动,称为机械振动. 振动产生的必要条件： 一是，物体一旦离开平衡位置，就会受到回复力的作用；二是阻力足够小。 全振动：物体受到一定力的作用，离开平衡位置，产生一个位移；该力消失后，在回复力的作用下，将向平衡位置移动，到达平衡位置时，它并没有停止，而是越过平衡位置运动到相反方向的最大位移；然后，再向平衡位置移动。 振动的表示：可用周期和频率表示振动的快慢；用振幅表示振动的强弱。 周期T 振动物体完成一次全振动所需要的时间,称为振动周期.单位：秒（S） 频率f 振动特物体在单位时间内完成全振动的次数,称为振动频率.单位：赫兹（Hz） 振幅A 振动物体离开平衡位置的最大距离。 简谐振动 最简单最基本的直线振动称为谐振.其特点是物体受到的回复力大小与位移成正比,其方向总是指向平衡位置. 简谐振动方程 质点的水平位移和时间t的关系式： y=Acos(ωt+φ) 其中：A：振幅，最大水平位移 ω：圆频率， ω=2πf=2π / T φ：初相位，即t=0时质点的相位 ωt+φ：质点在t时刻的相位 简谐振动方程描述了谐振动物体在任意时刻的位移情况。 阻尼振动 在机械系统振动时，由于受到摩擦力或其他阻力的作用，系统的能量会不断损耗，质量振动的振幅逐渐减小，以至于振动停止。所以，阻尼振动是一个比较普遍情况，也称为衰减振动。(不符合机械能守恒) 受迫振动 由于振动系统内部的阻尼作用，能量逐渐消耗，因初始激发引起的自由振动，将因为能量逐渐损耗，振动逐渐减弱，以至运动停止。要维持振动必须由另一系统不断给以激发，即不断地补充能量，这种由外加作用维持的振动，称为强迫振动。 (不符合机械能守恒) y=Acos(Pt+φ) 其中：A：振幅，最大水平位移 P：策动力的圆频率T φ：初相位 §1－2波动 振动的传播过程，成为波动。 波动分为机械波和电磁波两大类。 机械波是机械振动在弹性介质中的传播过程。如水波、声波、超声波等。 电磁波是交变电磁场在空间的传播过程。如无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等。 超声波是机械波，因此下面只讨论机械波。 物质的弹性模型 弹性介质：这种质点间以弹性力联系在一起的介质称为弹性介质。一般固体、液体、气体都可视为弹性介质。 机械波的产生：弹性介质中的一个质点的振动就会引起邻近质点的振动，邻近质点的振动又会引起较远质点的振动，于是振动就以一定的速度由近及远地向各个方向传播开来，从而就形成了机械波。 机械波：是机械振动在弹性介质中的传播过程. 机械波必须具备以下两个条件: 1）要有作机械振动的波源； 2）能传播机械振动的弹性介质。 振动与波动是互相关联的，振动是产生波动的根源，波动是振动状态的传播。波动中介质各质点并不随波前进，只是以交变的振动速度在各自的平衡位置附近往复运动。 波动是振动状态的传播过程，也是振动能量的传播过程。这种能量的传播，不是靠质点的迁移来实现的，而是由各质点的位移连续变化来逐渐传播出去的 。 机械波的主要物理量 波长 ：λ 单位：mm、m 同一波线上相邻两振动相位相同的质点间的距离.或者说：沿着波的传播方向，两个相邻的同相位质点间的距离。 频率 ：f 单位：赫兹（Hz） 波动过程中,任一给定点在1秒钟内所通过的完整波的个数. 波速 ：C 单位：m/s km/s 波动中,波在单位时间内所传播的距离称为波速. C= λf 或λ=C/f 波长与波速成正比，与频率成反比。 当频率一定时，波速愈大，波长就愈长； 当波速一定时，频率愈低，波长就愈长。 §2 波的类型 1、根据质点的振动方向分类 根据波动传播时介质质点的振动方向相对于波的传播方向的不同,可将波动分为纵波、横波、表面波和板波等. 纵波：介质中质点的振动方向和波的传播方向平行。用 L 表示，又称压缩波或疏密波。 当介质质点受