Акустические свойства сред.

Скорости волн являются свойствами среды: для жидкостей и газов – продольных волн, а для твердых тел – продольных и поперечных.

Волновое сопротивление равно произведению скорости волны č на плотность среды r : z = r č.

Коэффициент затухания определяется способностью среды гасить акустические волны.

Скорость продольной волны пропорциональна поперечной - , где М – модуль нормальной упругости (для продольной волны или модуль сдвига для поперечной волны), а r – плотность среды. Таким образом, эти скорости возрастают с увеличением упругости среды и уменьшаются с увеличением плотности, т.е. колеблющейся массы.

Коэффициент затухания складывается из коэффициентов поглощения и рассеивания:

d = d_п + d_р.

При поглощении акустическая энергия переходит в тепловую, а при рассеянии энергия остаются звуковой, но уходит из направленно распространяющейся волны.

Для жидкостей и газов, не засоренных пылью, пузырьками и т.п. рассеяние отсутствует, а коэффициент поглощения пропорционален квадрату частоты: d = d’ f².

Для твердых материалов коэффициент поглощения d_п чаще всего пропорционален частоте. Коэффициент d_р = 0 для аморфных веществ (стекло, однородные пластмассы). Для поликристаллических веществ d_р увеличивается с ростом упругой анизотропии материала (изменении скорости по разным направлениям в кристалле), среднего размера кристаллов D и частоты: d_р ~ fⁿ (n изменяется от 2 до 4). В области l / D = 4 …10 величина d_р ~ D f² , а при l > 10 D величина d_р ~ D³ f⁴ .К примеру, в малоуглеродистой стали при l > 10 D для продольных и поперечных волн:

;

,

здесь D – в мм, f – в МГц, d - в Нп/м. Таким образом, коэффициент затухания возрастает с увеличение частоты (рис.2.10).

Способ измерения скорости с помощью универсального звукового дефектоскопа состоит в сравнении времени распространения импульса в объект контроля с временем распространения в каком либо образце с известной скоростью. В серийном дефектоскопе УД2-12 имеется шкала измерения времени, поэтому возможно прямое измерение скорости.

Способы измерения коэффициента затухания основаны на измерении амплитуд импульсов, прошедших разный путь в материале, например, при многократном отражении между поверхностями образца. При этом учитывают потери на дифракционное ослабление и неполное отражение от границ образца с преобразователем и другими средами.

В таблице 2.4 указаны приближенные значения коэффициентов затухания для различных твердых материалов и возможности их ультразвукового контроля на частоте 2 МГц.

Таблица 2.4.

Коэффициент затухания продольных волн для различных материалов.