有限宽横波在底面反射的滑移模拟机测量毕业论文.docx

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有限宽横波在底面反射的滑移模拟机测量毕业论文

有限宽横波在底面反射的滑移

—模拟机测量

学院：

数理与土木工程学院

专业：

姓名：

指导老师：

应用物理学

学号：

职称：

讲师

中国·珠海

二○一七年五月

诚信承诺书

本人郑重承诺：

我所呈交的毕业论文《有限宽横波在底面反射的滑移—模拟机测量》是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，论文使用的数据真实可靠。

承诺人签名：

日期:

______年______月______日

有限宽横波在底面反射的滑移

—模拟机测量

摘要：

超声检测技术中应用的横波是垂直偏振型横波，在底面上反射时会有滑移现象发生，不同的入射角、不同的表面粗糙度、不同的反射面相邻介质，都有不同的滑移效果，这种滑移对横波超声检测应用的最直接影响是影响一次反射法或多次反射法检测缺陷的定位精确性。

针对影响滑移的不同因素，分别做大量的实验，从中找出规律并分析出每种因素与滑移量的关系，这样在利用一次反射法或多次反射法来定位检测缺陷时就能更精确。

关键词：

垂直偏振型横波；滑移；一次反射法；入射角

［Sliponthebottomsurfaceoffinitewidthshearwavereflection］

——Analogmeasurement

Abstract

Theapplicationofultrasonicdetectiontechnologyistheverticalshearwave.Whentheshearwaveisreflectedonthebottomsurface,therewillbeaslipphenomenon.Differentincidentangle,differentsurfaceroughnessanddifferentreflectionsurfaceoftheadjacentmedium,therearedifferentslipeffect.Themostdirectimpactofthisslipontheultrasonicdetectionapplicationistheaccuracyofdefectpositioning.Accordingtothedifferentfactorsaffectingtheslip,respectively,doalotofexperiments,tofindoutthelawandtheanalysisoftherelationshipbetweeneachfactorandslip,soyoucanuseamoreaccuratereflectionandmultiplereflectionmethodtolocatedefectdetection.

Keywords:

verticallypolarizedshearwave;slip;primaryreflectionmethod;differentincidentangles

目录

一,引言3

（一）主要研究内容3

（二）主要研究方法3

（三）解决的关键问题3

二本论3

（一）理论计算滑移量3

（1）用平面波叠加的形式来表示有限波束3

（2）反射波束的场，波束在反射时的位移3

（3）理论计算全内反射系数的相位3

（4）波束的水平滑移量3

（二）CTS-22模拟式超声波探伤仪测出的滑移量3

（1）CSK-IIA试块工作表面的准备3

（2）CTS-22模拟式超声波探伤仪的检测系统调节3

（3）CTS-22模拟式超声波探伤仪水平线性（时基线性）的测定3

（4）斜探头在CSK-IIA上的声程定标3

（5）不同ｋ值的几何声程和模拟式超声波探伤仪读出不同ｋ值对应的声程数据表3

（6）不同k值所对应滑移量的散点图：

3

（三）理论滑移量与实验测出的滑移量的对比分析3

三结论3

参考文献3

谢辞3

附录3

一,引言

超声横波检测中运用一次反射法或多次反射法检测定位缺陷时，由于横波在检测工件底面反射时有滑移效应，造成定位的不准确。

本文的目的是找出滑移量与不同入射角的关系，从而有助于准确确定缺陷的位置。

（一）主要研究内容

（1）有限宽度的入射波束遇到大平面，不会立即反射，而是沿着表面向前滑移一段距离之后，再反射。

这样就造成用一次反射波定位缺陷时，造成误差。

查阅资料，理论计算波束滑移的距离；

（2）实验测量波束滑移距离与不同入射角的关系；

（二）主要研究方法

1.理论计算有限宽度的横波波束在反射之后，波束滑移的距离；

2.精确测量斜探头K值；

3.用斜探头入射表面光滑的等厚度的钢板，令一次反射波声轴线入射钢板边角。

实测边角与探头入射点距离、根据K值理论计算边角与探头入射点距离，比较二者差异；

4.更换多种K值探头，重复测量，寻找滑移距离与入射角的关系。

（三）解决的关键问题

（1）调节仪器

（2）斜探头前沿和k值的精确测量

（3）理论计算波束滑移的距离

（4）实验数据分析不同入射角和滑移的关系

二本论

通过滑移理论和在模拟式超声波探伤仪上实际操作得出滑移量的对比，找出了滑移量与不同入射角的关系。

（一）理论计算滑移量

（1）用平面波叠加的形式来表示有限波束

我们假定有限波束是由于平面波穿过图1.1上所示障板上的狭缝CC的结果造成的，我们再进一步假设，波束入射到分层不均匀介质的界面上，所要研究的就是在这个界面上的反射，在图1.1上，波束的几何边界用虚线来表示，但是实际上，由于衍射的缘故，波束略为散开。

我们用θ表示波束入射到界面上时的入射角，为简单起见，我们假定问题是二维的，即障板上的狭缝是无限长的，而波的入射平面垂直于狭缝的轴线，在这种条件和如图1.1上对坐标系的那种选择下，坐标Y就不会出现在公式中出现。

我们令Z轴取垂直于障板平面的方向，X轴取垂直于狭缝轴线的方向，而把坐标原点安置在轴线上，狭缝的宽度用2a表示，从狭缝到反射平面之间的距离用L表示。

入射波束在障板与反射平面之间的场应当满足波动方程，而在障板上应当满足边界条件；当假定狭缝宽度比波长大得多时，我们可以仿照基尔霍夫赋予这些边界条件以近似得的形式，也就是说，可以假设：

（1）在障板得的背面上，场等于零；

（2）在狭缝平面上，场就像障板不存在时一样。

图1.1

入射波束得的场完全由这些边界条件以及波动方程所确定。

我们将入射平面波在障板平面以下的场写成如下形式（因子

被省略）：

ψ=

（1.1）

其中:

b=ksin（θ）,a=kcos（θ）（1.2）

当波在Z=0处穿过狭缝以后，按照上面讲的，我们有：

-a≤x≤a,ψ（x）=

;x≤-a或x≥a,ψ（x）=0（1.3）

可以将问题略为推广一下，来讨论在波束被平面z=0所截出的截面上波的振幅具有任意分布的情形。

因此我们今后假设函数ψ（x）的形式为：

ψ（x）=F（x）

-∞

函数F（X）描述随x而变的障板透射率。

要使波束的概念有意义，波束的宽度必须比波长大的多。

我们把平面Z=0上的场用傅里叶积分的形式表示出来:

ψ（x）=

（1.5）（1.6）

在由平面波通过狭缝而形成波束的特殊情形下，

-a

F（x）=1;x<-a或x>a，F（x）=0.（1.7）

（1.8）

根据以（1.5）的形式给出并表征障板平面上的场的函数

，我们构成两个变量x和z的函数：

=

a=

（1.9）

这个函数所描述的正是入射波束在障板平面与反射平面之间的场，因为，它满足波动方程,其次，当z=0时，它化为由表式（1.5）所给出的函数

，即满足边界条件。

（2）反射波束的场，波束在反射时的位移

我们用V（θ）表示平面波从界面上的反射系数：

V（θ）=p（

（2.0）

其中p（

）和q（

）是反射系数的模和相位。

入射波束在界面上所造成的场可从（1.9）求出，只要在其中令z=L：

=

（2.1）

如果把被积表达式（它代表入射角是可变的平面入射波）乘以V（θ），就得到反射波束的场，因此反射后的场为：

（2.2）

==

把（1.6）中的

（2.1）和（2.2），就可以把入射和反射波束的场写成另一形式：

入：

（2.3）

反：

（2.4）

下面我们将讨论在很大的倾角范围内反射系数的模变化很小的情形。

最重要的特殊情形之一是：

在大于全内反射角的一切角度下反射系数的模都保持常值并等于1时，波在两种介质的分界面上全内反射的情形。

在这些情形下，可以把p（

）在

=b时的值下提到积分号外面，此外，在（2.3）和（2.4）中，我们引入新的量：

（2.5）

在（2.3）和（2.4）的被积式中起主要作用的只是接近于b的那些

值，因此，我们把q（

）按Ω的幂展开成级数：

q（ε）=q（b）+

+

+……,（2.6）

我们暂时只取到Ω的一次项，于是（2.3）和（2.4）在计入a值时可写成如下形式：

入：

（2.7）

反：

比较以上两式，我们求出：

入射波函数

（2.9）

由此可见，在反射时波束沿着界面移动一个距离：

（3.0）

的物理意义在讨论了下面的简单现象以后就变得明显了。

设一平面波入射到反射系数等于1的界面z=0上，使平面xz同入射平面重合（如图1.2），像上面那样，我们把入射波写为

而把反射波写为

其中a=k

。

当z=0时，这两个波具有相等的振幅和位相。

而在某一平面z=h上，入射波和反射波的表式分别为

和

，反射波与入射波之比可以看成时波在平面z=h上的反射系数，这一系数的模等于1，而位相

=2ah=2

相当于波从平面z=h到平面z=0来回一次所经历的相移。

表式（3.0）给出这种情形下的位移

：

图1.2

（3）理论计算全内反射系数的相位

我们用声压P=P（x，y，z；t）表征声场，在谐波和均匀介质的情形，声场中粒子的位移速度可写为：

（3.1）

我们都假定：

时间依赖关系由因子

给出，为书写简洁起见，我们一般都省去这一因子。

图1.3

设平面声波入射到不同介质接触的界面z=0上（如图1.3所示）。

波的入射面与xz平面重合，因而：

，

，

，（k=

）（3.2）

其中

为波的入射角，即波阵面法线与z轴所成的角度。

将上，下介质的密度以及其中的声速分别记作

，c，

.

现在将入射波振幅取作1，并将波的反射系数记作v，于是入射波和反射波的表式可写为:

，（3.3）

（3.4）

上介质中的总场为：

P=

+

=（

+V

）

（3.5）

下介质中的折射波可写为：

，

（3.6）

其中

为折射角，W称为透射系数，V称为反射系数。

，V和W均由界面上的条件确定。

这些条件就是P和

（粒子速度垂直于界面的分量）的连续性。

既然P和

在通过界