Виды упругих акустических волн и их распространение в средах

1.

КОНСПЕКТ
для проведения технической учебы по теме: «Виды упругих
акустических волн и их распространение в средах».

2.

КОНСПЕКТ для проведения технической учебы по теме: «Виды упругих акустических волн и их распространение в
средах».
Перечень профессий и должностей
Цель занятия
Работники Единого центра расшифровки
Проработка и закрепление работниками знаний
Вид занятия
практическое занятие
Перечень нормативных
и технических документов
Марков А. А., Шпагин Д. А.
Ультразвуковая дефектоскопия рельсов, СПб.:«Образование Культура», 1999 г.
Технические средства, наглядные
пособия, информационно-справочный
и методический материал
Конспект
Перечень оснащения
электронный конспект.
Перечень оборудования
ПЭВМ, экран, проектор, мебель
Автор шаблона
ЕЦРЗ
Дата создания шаблона
Декабрь 2022
2

3.

Виды упругих акустических волн и их распространение в средах
Ультразвуковая дефектоскопия для обнаружения дефектов использует упругие колебания и волны.
Акустические колебания - это механические колебания упругой среды (например, металла рельса) вокруг своего положения
равновесия, а акустические волны - распространение в этой среде механического возмущения (деформации).
В зависимости от частоты (числа колебаний в одну секунду) упругие волны подразделяют на:
инфразвуковые – с частотой до 20 Гц (колебаний в секунду);
звуковые – от 20 до 20 000 Гц;
ультразвуковые – от 20 000 Гц до 1 000 000 000 Гц;
гиперзвуковые – свыше 1 000 000 000 Гц.
Для справки
1 Гц – один герц (одно колебание в секунду);
1 000 Гц = 1 кГц – один килогерц;
1 000 000 Гц = 1000 кГц = 1 МГц – один мегагерц;
1 000 000 000 Гц = 1000 МГц = 1 ГГц – один гигагерц.
Во всех отечественных дефектоскопах для обнаружения дефектов в рельсах используют ультразвуковые колебания частотой 2,5 МГц
(рис. 1).
3

4.

Виды упругих акустических волн и их распространение в средах
Упругие волны могут возникать в любой среде:
твердой (металлы, органическое стекло, грунт);
жидкой (вода, масло, спирт и т.д.);
газообразной (воздух).
Основные свойства упругих волн состоит в том, что в волне осуществляется перенос энергии без переноса вещества.
В зависимости от упругих свойств среды в ней могут возникать упругие волны различных видов, отличающиеся
направлением смещения колеблющихся частичек. В связи с этим различают:
продольные;
сдвиговые (или поперечные);
поверхностные;
нормальные и другие волны.
4

5.

Виды упругих акустических волн и их распространение в средах
В ультразвуковой дефектоскопии железнодорожных рельсов чаще всего используют продольные и поперечные (или сдвиговые)
волны.
Продольные волны.
Если колебания частичек среды совпадают с направлением распространения волны, то волна называется продольной (рис. 2).
Такая волна может быть возбуждена в твердом теле, жидкой и газообразной средах.
5

6.

Виды упругих акустических волн и их распространение в средах
Скорость распространения продольной волны обозначают буквой с с нижним индексом l - сl . Для некоторых
материалов она равна:
в стали (в металле рельса) сl = 5900 м/с;
в воде сl = 1450 м/с;
в воздухе (при температуре 0º С) сl = 331 м/с.
Поперечные (сдвиговые) волны.
Если колебания частичек среды перпендикулярны направлению распространения волны, то такая волна называется
поперечной (сдвиговой) (рис. 3). Она может быть возбуждена только в твердом теле, которое способно упруго сопротивляться
деформации сдвига.
6

7.

Виды упругих акустических волн и их распространение в средах
Скорость распространения поперечной волны обозначают буквой с с нижним индексом t – сt.
В стали (в металле рельса) она равна сt = 3260 м/с.
Обычно в металлах скорость поперечной волны примерно в два раза меньше, чем скорость
продольной волны: сt = 0,55 сl .
Поверхностная волна (Рэлея) – распространяется вдоль свободной поверхности тела. При
этом частицы колеблются, как вдоль, так и перпендикулярно направлению распространения волны.
7

8.

Виды упругих акустических волн и их распространение в средах
Если среда ограничена поверхностями, расстояние между которыми соизмеримо с длиной волны, то в
полученной таким образом пластине или стержне возбуждаются нормальные волны или волны Лэмба.
Нормальные волны (Лэмба) – распространяются в ограниченных средах, размеры которых
соизмеримы с длиной волны, т.е. в стержнях и пластинах.
Скорость волн Лэмба зависит от частоты ультразвуковых колебаний и от толщины пластины или
диаметра стержня.
8

9.

Проверочные вопросы:
1) Назовите скорость продольной волны в стали?
а) 5900 м/с;
б) 5200 м/с;
в) 3260 м/с.
2) Назовите скорость поперечной волны в стали?
а) 5900 м/с;
б) 5200 м/с;
в) 3260 м/с.
3) В каком теле может быть возбуждена поперечная волна?
а) Твердом.
б) Жидком.
в) Газообразном
4) Какие типы волн чаще всего используются в ультразвуковой дефектоскопии железнодорожных рельсов?:
а) продольные и поперечные;
б) только продольные;
в) продольные, поперечные, нормальные;
г) поперечные и волны Лэмба.
5) Частота звуковой волны:
а) до 20 Гц;
б) 20 до 20 000 Гц;
в) 20 000 Гц до 1 000 000 000 Гц;
г) свыше 1 000 000 000 Гц.
9

10.

Иркутский центр диагностики
и мониторинга устройств инфраструктуры
г. Иркутск, ул. Трактовая д.1,
тел.:(395) 263-82-84