声波检测技术低应变测桩法——反射波法讲义(段)教程.ppt

声 波 检 测 技 术 第一章波动理论基础 第一节波动的基本知识 一、振动 1.振动的基本概念：若质点作偏离平衡位置，又再回到平衡 位置的往复运动就是质点作振动。 若一个物体整体作往复运动，称物体作振动，物体振动是物 体整体参与的运动，运动中反应的性质就是物体的整体性质， 而不是局部性质。 2.周期：物体振动重现一次所经历的时间称为物体振动的周 期，用T表示。 3.循环：在一个周期内完成的运动看作一个循环。 4.频率：单位时内振动的循环数称为振动的频率。用f表示。 根据周期和频率的定义，可知周期和频率互为倒数。 3.波的分类： （1）按介质振动性质划分 a:纵波——P波：由于介质的胀缩所引起的波，其质点的 运动方向与波的传播方向一致的运动。 波速： b:横波——S波：由于介质的切变（畸变）所产生的波。 质点的运动方向垂直于波的传播方向的波动。 波速 式中λ，μ为拉梅常数，ρ为密度。由此知VpVs，在连续介质 中可以有两种波传播，P波和S波。 c:S波按其质点运动的性质又可分为SV和SH波两种，γ 方向为传播方向，一种是质点运动方向在ZOγ平面内垂直于γ 方向叫SV波。另一种是质点运动方向垂直于入射面ZOγ平面， 叫SH波。 图 1—1 SV波和SH波 d:自由表面瑞利面波 在介质自由表面，在满足一定的条件时，P波和SV波可以 以同一速度传播，因而产生迭加，形成一种新的波，其能量集 中在自由表面附近，叫自由表面瑞利面波—R波。 e:层状介质中的瑞利面波，在层状介质中由P波和SV波 可迭加形成一种面波，叫层状介质中瑞利面波。 f:层状介质中的勒夫面波，由SH波在层状介质中传播， 满足某一些条件，可形成一种新的面波——勒夫面波。 (2)按照波阵面的形态划分 在某一时刻波同相位点的集合形成的图形叫波阵面 a:平面波 波阵面为平面的波叫平面波. b:球面波 波阵面为球面的波叫球面波. c:柱面波 波阵面为柱面的波叫柱面波.桩基声波透射检测的声波就是由一个径向换能器产生的波,其波阵面就是柱面.此种波就是柱面波. 第二节波的传播 一、波的传播介质 波赖以传播的介质叫波的传播介质.波的传播介质可分为一维介质、二维介质、三维介质三类. 1、一维介质 若一种介质在两个方向的尺寸远小于第三个方向的尺寸,即介质在一个方向可以任意延伸,其余两个方向有限,这种介质叫做一维介质.在实际工作中的杆、柱、梁、桩等都可以作为一维介质处理. 2、二维介质 若一种介质在一个方向的尺寸远小于另外方向的尺寸,即介质在两个方向可以任意延伸,一个方向有限,这种介质叫做二维介质.在实际工作中的板材可以作为二维介质处理. 3、三维介质 若一种介质在三个方向的尺寸均可以无限延伸, 这种介质叫做三维介质. 二、波的传播的斯奈尔定律 波入射到两种介质的界面上会产生折射、反射,将产生同名反射波、异名反射波、同名折射波、异名折射波.这些波要满足斯奈尔定律 Vp1 ，Vs1 ，Vp2 ，Vs2 分别为介质1、2中的P波和SV波波速。 由定律可知 三、 图 1—2 波在界面上的反射和折射 即同名反射击波的反射角等于入射角。 P波或SV波入射到自由表面，为满足加界条件，就要迭加，产生同名反射波（P反）异名反射波（SV-反 ）。 第三节 声波和超声波 一、声波 声波是频率在几佰赫兹到2万赫兹的波，人们的听觉可以感知。其介质质点的振动方向和传播方向是一致的,所以声波是纵波. 二、超声波 频率超过20000Hz的声波叫超声波。 从狭义上讲，超声波属声波类，因而应该是纵波。但现在工程检测中所应用的声波和超声波是广义上说的，即只是从频率上而言，因此声波或超声波就有纵波和横波，特别是SH波及面波。 三、声波的声学参数和性质 声波是一种波，它就具有波的一切物理力学参数和一切性质，如：波速也叫声速，振幅也叫波幅，频率，相位等。在界面上会产生反射折射，而且附合波动在界面上的反射折射规律，即遵守波的各种运动规律。 四、声波或超声波在各种工程检测中的概况 声波或超声波在工程检测中的应用，目前在三个方面。 第一个方面是混凝土强度和变形特性的检测； 第二方面是混凝土表面产生裂