超聲波傳播速度描述 超聲波傳播速度描述 l超聲波的傳播速度 超聲波的傳播速度是表示超聲波在介質(zhì)中傳播速度快慢的物理量，是與介質(zhì)的彈 性模量和密度相關(guān)的。不同的介質(zhì)由于介質(zhì)的彈性模量和密度不同，其聲速是不同 的。不同的波的類型，介質(zhì)的彈性模量不同，其聲速也是不同的。 b5E2RGbCAP 一、固體介質(zhì)中的縱波、橫波與表面波聲速 固體介質(zhì)中不僅能傳播縱波，而且能夠傳播橫波和表面波等。由于其彈性模量是 不同的，因此其聲速也不同。同時介質(zhì)的形狀不同，其聲速也不同，如無限大介質(zhì)和 細長棒中的聲速。 plEanqFDPw 1.無限大固體介質(zhì)中的聲速 無限大固體介質(zhì)是相對于波長而言的，當(dāng)介質(zhì)的尺寸遠大于波長時，就可以視為 無限大介質(zhì)。 在無限大的固體介質(zhì)中，縱波、橫波、表面波的傳播速度公式為 : CL=---(1) CS=--(2) CR=---(3) 式中E--介質(zhì)中的楊氏彈性模量，等于介質(zhì)承受的拉應(yīng)力與相對伸長 △ L L之比 ---介質(zhì)中的切變彈性模量，等于介質(zhì)承受的切應(yīng)力與切應(yīng)變之比。 G ---介質(zhì)的密度，等于介質(zhì)的質(zhì)量 M與其體積V之比。 ---介質(zhì)的泊松比，等于介質(zhì)橫向相對縮短 1二與縱向相對伸長二之比。 由上述公式可知 1) 固體介質(zhì)中的聲速與介質(zhì)的密度和彈性模量等有關(guān)，不同的介質(zhì)，聲速 不同; 截止的彈性模量愈大，密度愈小，則聲速愈大。 2) 聲速還與波的類型有關(guān)，在同一固體介質(zhì)中，縱波、橫波和表面波的聲 速各不相同，并且相互之間有如下關(guān)系 : =>1, =<1 所以可得出， CL>CS>CR。. 2. 細長棒中的縱波聲速 在細長棒中(棒徑d?)軸向傳播的縱波聲速與無限大介質(zhì)中縱波聲速不同， 細長棒中縱波聲速為 : CLb= 種類(g/cm2)CLb(m/s)CL(m/s)CS(m/s) 鋁 2.70.34504062603080 DXDiTa9E3d 鐵 7.70.2851805850~59003230 鑄鐵 6.9~7.33500~56002200~3200 鋼 7.70.285880~59503230 RTCrpUDGiT 銅 8.90.35371047002260 有機玻璃 1.180.32427301460 聚苯乙烯 1.050.3412340~23501150 環(huán)氧樹脂 1.1~1.252400~29001100 5PCzVD7HxA 尼龍 1.1~1.21800~2200 聚楓 1.1852250 3. 影響聲速的因素 在固體介質(zhì)中，影響聲速的主要因素有溫度、應(yīng)力和材質(zhì)及成份的均勻性。一般 情況下，隨著溫度的升高，介質(zhì)的聲速降低 ; 應(yīng)力增加，速度增加，但增加緩慢 ; 組織 晶粒越大，速度越低 ; 石墨含量增加和尺寸增加，聲速減少。 jLBHrnAILg 二、板波聲速 板波是聲波在板厚與波長相當(dāng)?shù)谋“逯袀鞑サ牟?，板波分為對成型和非對成型?類。由于板波傳播時受到上下板面的影響，因此板波聲速與縱波、橫波、表面波不 同，它不僅與介質(zhì)性質(zhì)有關(guān)，而且與板厚、頻率、等有關(guān)。只有當(dāng)板厚、頻率、聲速 之間滿足一定關(guān)系時，板波才能順利傳播。板波聲速分為相速度和群速度。相速度是 指單一頻率的聲波在介質(zhì)中的傳播速度，群速度是指多個相差不多的頻率的波在同一 介質(zhì)中傳播時相互合成后的包絡(luò)線的傳播速度。 xHAQX74J0X 在板波的產(chǎn)生中，只有滿足如下條件時，才會形成共振，激勵出較強的板波。 Sin二式中，CL--透聲斜楔中的縱波速度；CP---薄板中板波的相速度； --- 縱波入射角。 板波波速與頻率、板厚的關(guān)系符合下述頻率方程 : 對稱性 (S): 非對稱性 (A): 實際檢測中，若是頻率單一的連續(xù)波，那么板波聲速就是相速度 ; 若是脈沖波，那 么板波聲速就是指群速度。 三、液體、氣體介質(zhì)中的聲速 1. 液體、氣體中聲速公式 由于液體和氣體只能傳播縱波，因此其縱波聲速為 : C= 式中 B--- 液體、氣體介質(zhì)的容變彈性模量，表示產(chǎn)生單位容積相對變化量所需壓 強; --- 液體或氣體介質(zhì)的密度。 由公式可知，液體、氣體的聲速只與其容變彈性模量和密度有關(guān)，介質(zhì)的容變彈 性模量越大，密度越小，聲速就越大。 LDAYtRyKfE 影響氣體、液體聲速的主要因素是溫度，一般情況下，除了水之外，都是隨著溫 度的升高，容變彈性模量減少，聲速降低。 Zzz6ZB2Ltk 四、聲速的測量 聲速是衡量材料聲學(xué)性質(zhì)的重要參數(shù)。對于檢測的缺陷精確定位和評定材料的物 理性能和特性是很重要的參數(shù)，其測量的方法有脈沖反射法、測厚儀測量法和示波器 測量法。 dvzfvkwMI1 1. 探傷儀測量法 主要采用脈沖法、穿透法或?qū)Ρ确ㄟM行測量，儀器要有時間刻度，根據(jù)試件的厚 度或水層的深度，通過計算即可求出。 rqyn14ZNXI 反射法 :C= 穿透法 :C= 式中 d--- 工件厚度 ;t--- 是始波與底波之間的時間差 ;c--- 待測工件中的聲速 對比法 :t=t=,= c2-- 是水的聲速， c2=1480m/s;d--- 工件厚度， b--- 水層厚度， c1 待測工 件聲速 EmxvxOtOco 4 / 7