(无损检测新技术课件）超声波检测PPT格式课件下载.pptx

(无损检测新技术课件）超声波检测PPT格式课件下载.pptx

《(无损检测新技术课件）超声波检测PPT格式课件下载.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(无损检测新技术课件）超声波检测PPT格式课件下载.pptx（122页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

遇有界面时,超声波将产生反射，折射和波型的转换。

对人体无害。

*,http:

/,华中科技大学机械学院,1.1振动与波,加载弹簧的振动,1机械振动与机械波

（1）振动的定义一个物理量的值在观测时间内不停地经过极大值和极小值而变化名种变化状态称为振动。

如果振动量是一个力学量，如位移、角位移等，所作的振动则称为机械振动。

/,华中科技大学机械学院,1.1振动与波,平摆的振动,*,http:

/,华中科技大学机械学院,1.1振动与波,弹性体的模型,

（2）机械波和声波机械振动在介质中的传播过程称为机械波。

机械振动在弹性体中的传播就称为弹性被（即声波）它是一种重要的机械波。

声波产生的条件：

作机械振动的质点作波源。

要有传播振动的弹性介质。

当振动传播时，振动的质点并不随波而移走，只是在自己的平衡位置附近振动而己，这与电磁波（交变电磁场以光速在空间的传播）是完全不相同的。

/,华中科技大学机械学院,1.1振动与波,（3）超声波以频率f来表征声波，并以人的可感觉频率为分界线次声波：

f20kHz在超声波检测中，最常使用的频率范围为0.5-10MHz。

/,华中科技大学机械学院,1.1振动与波,（4）连续波、简谐波和脉冲波连续波：

指介质各质点振动持续时间为无穷时所形成的波动。

简谐波：

各质点都作同频率的谐振动，是连续波的一种特例。

也称正弦波、余弦波。

/,华中科技大学机械学院,1.1振动与波,脉冲波：

振动持续时间有限（单个或间发）时所形成的波动。

/,华中科技大学机械学院,1.1振动与波,（5）谐振动，简谐波的表达式,谐振动的位移与时间的关系,*,http:

/,华中科技大学机械学院,1.1振动与波,2超声波的波型

（1）纵波波的传播方向是与质点的运动方向相一致。

纵波在介质中传播时会产生质点的稠密部分和稀疏部分故又称疏密波。

纵波传播示意图,*,http:

/,华中科技大学机械学院,1.1振动与波,

（2）横波质点的振动方向对波的传播方向来说是垂直的。

横波又称剪切波或切变波。

垂直偏振横波（SV波）：

质点作上下振动时可产生横波。

水平偏振横波（SH波）：

质点作前后振动的产生横波。

横波传播示意图,*,http:

/,华中科技大学机械学院,1.1振动与波,。

在固体（钢）表面（xz平面）沿x方向传播。

质点只在xy平面内作椭圆振动，椭圆的长轴垂直于波的传播方向，短轴平行于传播方向瑞利波和横波一样只能在固体介质中传播。

（3）瑞利波在半无限大固体介质与气体介质的交界面上，可产生瑞利波，这是瑞利（Rayleigh）于1887年首先研究并证实其存在的。

瑞利波传播示意图,*,http:

/,华中科技大学机械学院,1.1振动与波,对称型板波（S型）：

薄板两面有纵波和横波成分组合的波传播，质点的振动轨迹为椭圆。

薄板两面质点的振动相位相反，而薄板中部质点以纵波形式振动和传播。

非对称型（A型）板波：

薄板两面质点的振动相位相同，质点振动轨迹为椭圆，薄板中部的质点以横波形式振动和传播。

（4）板波在板厚和波长相当的弹性薄板中传播的超声波叫板波（或兰姆波）。

/,华中科技大学机械学院,1.1振动与波,*,http:

/,结论：

超声波在固体中的传播形式是复杂的，如果固体介质有自由表面时，可将横波的振动方向分为SH波和SV波来研究。

其中SV波是质点振动平面与波的传播方向相垂直的波.在具有自由表面的半无限大介质中传播的波叫表面波。

但是传声介质如果是细棒材、管材或薄板，且当壁厚与波长接近时，则纵波和横波受边界条件的影响，不能按原来的波则传播，而是按照特定的形式传播。

超声纵波在特定的频率下，被封闭在介质侧面之中的现象叫波导，这时候传播的超声波统称为导波。

华中科技大学机械学院,1.2超声波的传播特性-波长和声速,1波长和声速波长：

两个振动位相相同点之间的最小距隔。

声速：

一定频率的简谐波（余弦或正弦波），在介质中传播时，单位时间内波所传过的距离称为这种频率的波在该介质中的传播速度，简称声速，常用英文字母c表示。

波长，声速c，频率f和周期T之间的关系,*,http:

/,华中科技大学机械学院,1.2超声波的传播特性-波长和声速,B点处质点在时间t时的位移,O点处质点的振动方程,波数应该注意，声速（c）是声波在介质中的传播速度，它与介质质点自身的振动速度（u）是两个不同的概念，例如人们大声讲话时空气的质点振速幅值约为2.510-4m/s，而声速（振动状态的传播速度）约为330m/s。

波动方程推导用图,*,http:

/,华中科技大学机械学院,1.2超声波的传播特性-波长和声速,相速度：

相速度是声波传播到介质的某一选定的相位点时，在传播方向上的声速。

群速度：

群速度是指传播声波的包络上，具有某种特性（如幅值最大）的点上，声波在传播方向上的速度。

群速度是波群的能量传播速度，在非频散介质中，群速度等于相速度。

从理论上讲，声速应按照一定的方程式，并根据介质的弹性系数和密度来计算，声速的般表达式为：

/,华中科技大学机械学院,1.2超声波的传播特性-波长和声速,液体中的声速无限固体介质中的纵波声速无限固体介质中的横波声速半无限固体介质中表面波（瑞利波）的声速,*,http:

/,华中科技大学机械学院,1.2超声波的传播特性-波长和声速,细棒中的纵波声速板波的声速对称型非对称型,*,http:

/,华中科技大学机械学院,1.2超声波的传播特性-超声场的特征量,2超声场的特征量声压在有声波传播的介质中，某一点在某一瞬间所具有的压强与没有声波存在时该点的静压强之差称为声压。

声压的单位是帕斯卡（Pa）。

对于无衰减的平面余弦行波声强在垂直于声波传播方向上，单位面积上在单位时间内所通过的声能量称为声强度，简称声强（或声的能流密度）。

对于简谐波，常将一周期中能流密度的平均值作为声强，并用符号I表示，单位：

W/cm2。

/,华中科技大学机械学院,1.2超声波的传播特性-超声场的特征量,（3）声阻抗超声波在介质中传播时，任一点的声压p与该点速度振幅V之比叫声阻抗。

常用Z表示。

单位：

g/（cm2s）。

实验证明：

气体、液体与金属之间特性声阻抗之比接近于1：

3000：

8000。

声特性阻抗能直接表示介质的声学性质，在超声检测领域内所采用的许多方程式中经常出现介质密度与声速的相乘积而不是其中某一个值，团此常将pc作为一个独立的概念来理解。

/,华中科技大学机械学院,1.2超声波的传播特性-超声场的特征量,（4）声压与声强的分贝表示闻阈：

引起听觉的最弱声强I0=10-16W/cm2为声强标准，这在声学上称为“闻阈”，即f=1000Hz时引起人耳听觉的声强最小值。

声强级：

将某一声强I与标准声强I0之比I/I0取常用对数得到二者相差的数量级。

用IL用表示。

几个重要的dB值,*,http:

/,华中科技大学机械学院,1.2超声波的传播特性-超声波的波形,*,http:

/,3超声波的波形声波在无限大且各向同性的介质中传播时，其形状（亦称波形）是根据波阵面的形状来区分的。

波阵面：

指同一时刻介质中振动相位相同的所有质点所联成的面。

波前：

指某一时刻振动所传到的距声源最远的各点所联成的面。

波线：

表示波传播方向的线。

华中科技大学机械学院,平面波a）1波线,*,http:

/,球面波b）柱面波c）2波前3波阵面,1.2超声波的传播特性-超声波的波形,华中科技大学机械学院,1.2超声波的传播特性-超声波的波动特性,*,http:

/,

（2）干涉一种简单而重要的情况是由两列频率相同、波型相同、相位相同或相位差恒定的波源所发出的波的叠加。

这时，合成声压的频率与各列相同，但幅度不等于两列声波声压幅度之和，而与两列声波的相位差有关。

在某些位置上振动始终加强，而在另一些地方振动始终减弱或完全抵消。

4超声波的波动特性

（1）波的叠加当几列波同时在一个介质中传播时，如果在某些点相遇则相遇处质点的振动是各列波所引起的振动的合成。

合成声场的声压等于每列声波声压的矢量和。

华中科技大学机械学院,1.2超声波的传播特性-超声波的波动特性,驻波形成示意图a）波的起始相位为T/2b）起始相位为T/4,*,http:

/,（3）驻波两列振幅相同的相干波在同一直线上沿相反方向彼此相向传播时叠加而成的波称为驻波，它是干涉现象的特例。

华中科技大学机械学院,1.2超声波的传播特性-超声波的波动特性,（4）惠更斯原理波动起源于波源的振动，波的传播须借助于介质中质点之间的相互作用。

对于连续介质来说，任何一点的振动将引起相邻质点的振动。

所以，波前在介质中到达的每一点都可以看作是新的波源（即子波源）向前发出球面子波，这就是惠更斯原理。

/,华中科技大学机械学院,按惠更斯原理作出的新波阵面图a）球面波b）平面波c）活塞波,*,http:

/,1.2超声波的传播特性-超声波的波动特性,华中科技大学机械学院,1.2超声波的传播特性-超声波的波动特性,*,http:

/,（5）超声波的散射和衍射超声波在传播过程中如果遇到一个障碍物（声特性阻抗与周围介质不同的物质），就可能产生若干现象，这些现象与障碍物的大小有关。

波的散射如果障碍物的尺寸小于超声波的波长，则波到达这障碍物后将使其成为新的波源而向四周发射波。

如果障碍物的尺寸与超声波的波长近似，则超声波将发生不规则的反射、折射和透射。

华中科技大学机械学院,1.2超声波的传播特性-超声波的波动特性,a）圆板情况,*,http:

/,衍射示意图b）壁上有孔情况,c）屏蔽板的情况,绕射（衍射）现象如果障碍物的尺寸比超声波的波长大得多，则有入射声波的反射和透射。

如果它的声特性阻抗与周围介质的声特性阻抗差别很大，则在障碍物界面上发生超声波的反射而无透射，此时在障碍物后面将形成一个声影区，但是因为声波也是一种波动，声波可经过障碍物的边缘不按原来的方向而弯曲向障碍物后面传播。

华中科技大学机械学院,1.2超声波的传播特性-总结,超声波的分类,按质点的振动方向与声波传播的方向之间的关系分类,按振动持续的时间分类,脉冲波,S型A型,*,http:

/,纵波横波板波表面波平面波按波的形状分类柱面波球面波连续波,华中科技大学机械学院,1.3超声平面波在界面上垂直入射的行为,1反射和透射能量守恒定律声压反射系数,声压透射系数,对大平界面垂直入射时的反射和透射I0入射声能Ir反射声能It透射声能,*,http:

/,华中科技大学机械学院,1.3超声平面波在界面上垂直入射的行为,声强与声压的关系,声强反射系数声强透射系数在垂直入射时,介质两侧的声波必须满足两个边界条件：

一侧总声压等于另一侧总声压，否则界面两侧受力不等，将会发生界面运动。

两侧质点速度振幅相等，以保持波的连续性。

/,华中科技大学机械学院,1.3超声平面波在界面上垂直