问答题参考解答2.doc

第  PAGE 33 页 共  NUMPAGES 33 页 问答题参考答案 1.1 什么是机械振动和机械波？二者有何关系？ 答：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，成为机械运动。机械振动在弹性介质中传播就产生机械波，振动是产生波动的根源，而波动是振动是振动这一运动方式在介质中的扩展。 1.2 什么是振动周期和振动频率？二者有何关系？ 答：振动物体完成一次全振动所需要的时间，称为振动周期，用T表示。常用单位为秒（s）。振动物体在单位时间内完成全振动的 ，称为振动频率，用f 表示。常用单位为赫兹（Hz），1赫兹表示在1秒钟内完成1次全振动，即1Hz=1次/秒。由周期和频率的定义可知，二者互为倒数，即：T=1/f。 1.3 什么是谐振动？有何特点？什么是阻尼振动和受迫振动？三者有何不同？超声波探头中的压电晶片在在发射和接受超声波时产生何种振动？ 答：质点M作匀速圆周运动时，其水平投影是一种振动。质点M的水平位移y和时间t的关系可用方程y=Acos()来描述，该方程称为谐振方程，凡满足谐振方程的振动就是谐振动。 在谐振方程中，A-振幅，即最大水平位移；—圆频率：即1秒钟内变化的弧度数，初相位，即t=0时，质点M的相位； 谐振动的特点是：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，谐振物体的振幅不变，频率不变。由于物体做谐振动时，只有弹性力或重力做功，其它力不做功，符合机械能守恒的条件，因此谐振动物体的能量遵守机械能守恒。在平衡位置时动能最大势能为零，在位移最大位置时势能最大动能为零，其总能量始终保持不变。 谐振动是最简单最基本的直线运动，任何复杂的振动都可视为多个谐振动的合成。由于阻力的作用，使振动系统的能量或振幅随时间不断减少的振动称为阻尼振动。物体受到周期性变化的外力作用时产生的振动称为受迫振动。 超声波探头中的压电晶片在电脉冲激励下发生的振动以及超声回波传给晶片，导致晶片发生的振动都属受迫振动，而在其后，探头压电晶片的振动受吸收块的作用，振动很快停止，这一过程可视为阻尼振动。 1.4 什么是弹性介质？同样作为传声介质，固体和液体、气体有哪些不同？ 答：在介质内部，各质点间以弹性力联系在一起，这样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。但前者与后者存在区别，固体内部可以存在拉、压应力和剪切应力，而液体或气体内部不存在拉应力或剪切应力，只可以传递压应力。纵波是靠拉、压应力传播的，所以在固体、液体、气体中都可以传播，而横波或表面波的传播需要剪切应力，所以它们只能在固体中传播，而不能在液体和气体中传播。 1.5 什么是波动频率、波速和波长？三者有何关系？ 答：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，称为波动频率。波动频率在数值上同振动频率，用f表示，单位为赫兹（Hz）。 波动中，波在单位时间内所传播的距离称为波速，用C表示。常用单位为米/秒（m/s） 或千米/秒（km/s）。 同一波线上相邻两振动相位相同的质点间的距离，称为波长，用表示。波源或介质中任意一质点完成一次全振动，波正好前进一个波长的距离。波长的常用单位为毫米（mm）、米（m）。 由波速，波长和频率的定义得： C= 由上式可知，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。 1.6 什么是超声波？工业探伤应用的频率范围是多少？在超声波探伤中应用了哪些超声波的哪些主要性质？ 答：频率高于20000Hz的机械波称为超声波，工业探伤所用的频率一般在0.5～10MHz之间，对钢等金属材料的检验，常用的频率为1～5MHz之间。 超声波的主要特点是频率高，波长短，能量密度大，在工业探伤中主要利用了超声波的以下特性： 超声波良好的指向性。在超声波探伤中声源的尺寸一般均大于波长数倍以上，在此条件下，超声波能形成扩散角较小的声束。沿特定方向上传播。从而可按光学原理判定缺陷位置。 超声波在异质界面上将产生反射，折射，利用这些特性，可以接收到从缺陷或其他异质界面反射回来的声波，获取需要的信息。 超声波在异质界面上能产生波型转换，利用这一特性，可以从界面上获得不同型式的超声波从而满足探伤需要。 超声波频率高，因为声强与频率成正比，所以超声波的能量比声波能量大得多，使用超声波探伤可以发射较大的能量，接收到较强的回波信号。 1.7 什么是波线、波阵面和波前?它们有何关系? 1.7 答：波阵面：同一时刻，介质中振动相位相同的所有质点所联成的面称为波阵面。 波前：某一时刻，波动所到达的空间各点所联成的面称为波前。 波线：波的传播方向称为波线。 三者的关系是：波前是最前面的波阵面，是波阵面的特例。任意时刻，波前只有一个，而波阵面有无穷多个。在各向同性的介质中，波线恒