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1、北京理工大学珠海学院2017届本科生毕业论文 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 应用物理学 吴卓桥 4 专 业： 姓 名： 指导老师： 邢秀文 学 号： 职 称： 讲师 中国珠海北京理工大学珠海学院2017届本科生毕业论文 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_日北京理工大学珠海学院2017届本科生毕业论文 有限宽横波在底面反射的滑移 模拟机测量
2、 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；入射角北京理工大学珠海学院2017届本科生毕业论文 Slip on the bottom surface of finite width shear wa
3、ve reflection Analog measurement Abstract The application of ultrasonic detection technology is the vertical shear wave. When the shear wave is reflected on the bottom surface, there will be a slip phenomenon. Different incident angle, different surface roughness and different reflection surface of
4、the adjacent medium, there are different slip effect. The most direct impact of this slip on the ultrasonic detection application is the accuracy of defect positioning. According to the different factors affecting the slip, respectively, do a lot of experiments, to find out the law and the analysis
5、of the relationship between each factor and slip, so you can use a more accurate reflection and multiple reflection method to locate defect detection. Key words: vertically polarized shear wave; slip; primary reflection method; different incident angles北京理工大学珠海学院2017届本科生毕业论文 目 录 一,引言.6 （一） 主要研究内容.6
6、（二）主要研究方法.6 （三）解决的关键问题.6 二本论.7 （一） 理论计算滑移量.7 （1）用平面波叠加的形式来表示有限波束.7 （2）反射波束的场，波束在反射时的位移.8 （3）理论计算全内反射系数的相位.10 （4）波束的水平滑移量.11 （二）CTS-22模拟式超声波探伤仪测出的滑移量 .13 （1） CSK-IIA试块工作表面的准备 .13 （2） CTS-22模拟式超声波探伤仪的检测系统调节 .13 （3）CTS-22模拟式超声波探伤仪水平线性（时基线性）的测定 .14 （4）斜探头在CSK-IIA上的声程定标.14 （5）不同值的几何声程和模拟式超声波探伤仪读出不同值对应的声程
7、数据表 .15 （6）不同k值所对应滑移量的散点图：.16 (三)理论滑移量与实验测出的滑移量的对比分析.16 三结论.17 参考文献.18 谢辞.19 附录.20北京理工大学珠海学院2017届本科生毕业论文 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
8、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北京理工大学珠海学院2017届本科生毕业论文 二本论通过滑移理论和在模拟
9、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
10、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北京理工大学珠海学院2017届本科生毕业论文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） e
11、- iwt ：= , （1.1） e i(bx + az) 其中:b=ksin(),a=kcos() (1.2) 当波在Z=0处穿过狭缝以后，按照上面讲的，我们有：-axa,(x)= ;x-a或xa,(x)=0 (1.3) e ibx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 （x）的形式为：（x） =F(x) ,-a，F(x)=0.（1.7） x ,（1.8） ( ) = 1 2 + ( ) = sin ( ) （b - ） 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） ( ，z) + - () ( + ) , ( 2 2 ) 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（）表示平面波从界面上的反射系数： V（）=p( , ,（2.0） ) () = sin 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） ( ) + - () ( + )
