超声波在介质中传播2

现象与问题：由于频率超过20KHz的机械波即为超声波。超声波探伤常用频率范围：0.5MHz～10MHz。所以超声波一定有多种形式。常用超声波有哪些种类和形式呢？这些不同种类的超声波在介质中的传播速度一样吗？几种不同的超声波在介质中相遇时又怎样传播呢？超声波在介质中传播教学目的：了解超声波的波型及种类，掌握超声波在不同材料中的声速特性及多列超声波相遇叠加规律。一、超声波分类超声波分类纵波横波表面波板波纵波：质点振动方向和波的传播方向在同一条直线上的传播的波称为纵波。也称压缩波或疏密波。超声波在均匀介质中传播一、超声波分类横波：质点振动方向和波的传播方向相垂直的波称为横纵波。也称切变波。横波只能在固体材料中传播。超声波在均匀介质中传播一、超声波分类表面波：质点运动状态具有纵波和横波的综合特性。表面波沿固体表面传播，其渗入程度在波长范围内。根据材料厚度、波长、质点振动方式及传播速度不同，表面波分为瑞利波和乐甫波。超声波在均匀介质中传播一、超声波分类当固体厚度大于波长时，产生瑞利波。其质点振动轨迹是椭圆形，椭圆长轴垂直于固体表面，短轴平行于表面。瑞利波只在表面传播，进入固体内部迅速衰减。超声波在均匀介质中传播一、超声波分类当固体厚度小于波长时，产生乐甫波。其质点振动方向垂直于波传播方向。乐甫波可以在不同密度材料之间的表面传播。常用于检测复合材料分层缺陷。超声波在均匀介质中传播一、超声波分类板波：当板材的厚度与超声波的波长相当时，在弹性薄板中传播的超声波称为板波。也称兰姆波。超声波在均匀介质中传播一、超声波分类超声波在均匀介质中传播板波传播时，板材两表面和中间质点都发生振动，声场遍及板材整个厚度。质点振动是纵波和横波成分之和，运动轨迹为椭圆形。板波分为对成型(S型)和非对称型(A型)。二、超声波波型超声波在均匀介质中传播波在传播过程中，将某一疏瞬间波到达各质点的几何位置所联成的面称为波阵面。按波阵面分超声波波型平面波球面波柱面波活塞波三、超声波声速超声波在均匀介质中传播超声波在介质中传播速度称为超声波声速。纵波声速CL)21)(1()1(ECL横波声速Ct)1(2ECt表面波声速CrtrCC112.187.0三、超声波声速超声波在均匀介质中传播一般固体介质泊松比在0.33左右21)1(2tLCC2tLCC如钢≈0.28，CL/Ct≈1.8，Cr≈0.9Ct。超声波在钢中传播，纵波声速为横波声速1.8倍；表面波为横波声速的0.9倍。由于液体和气体介质没有刚性，不能承受切应力，横波和表面波不能在液体和气体中传播，只有纵波可以在液体气体中传播。三、超声波声速超声波在均匀介质中传播结论：1、介质弹性性能愈强（E越大），密度愈小，则超声波在该介质中传播声速愈高；2、在同一种介质中，纵波声速约为横波的2倍，横波声速约为表面波0,9倍；3、在液体和气体介质中只能传播纵波。KC纵波在液体气体中声速四、超声波传播时相遇超声波在均匀介质中传播当几束超声波在同一介质中传播时，波的传播是独立的，但在相遇处质点振动是各波在该点所引起振动的矢量合成，即波的叠加原理。两个频率相同、振动方向相同、相位相同或相位差恒定的波叠加时，某些振动始终加强，另一些振动始终减弱或完全抵消。实际探伤应避免干涉产生。1、叠加原理2、波的干涉四、超声波传播时相遇超声波在均匀介质中传播两个振幅相同、频率相同的相干波，在同一条直线上沿相反方向传播时，叠加形成某些质点振动始终减弱，另一些质点振动始终最大。驻波是干涉的特例。3、驻波四、超声波传播时相遇超声波在均匀介质中传播4、惠更斯原理振动在介质中传播形成波。在连续分布介质中，任何一点振动将引起相邻质点振动，因此，波动中任何一点都可以看作新的波源，即子波源。四、超声波传播时相遇超声波在均匀介质中传播在连续介质中传播波的波前所有各点，都可以看作是发射子波的波源，经过一段时间后，这些子波波前新位置的包络线决定新的波阵面。这就是惠更斯原理。4、惠更斯原理超声波在均匀介质中传播超声波分为纵波、横波、表面波和板波。在介质中传播时，不同的波型声速是不同的。只有纵波可以在液体和气体介质中传播。几列超声波在介质中相遇时，会产生干涉和叠加现象。声波的波前可看作子波的波源。本课小结：思考题：试述纵波、横波和表面波各有何特点？