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1、,现象与问题：,由于频率超过20KHz的机械波即为超声波。超声波探伤常用频率范围：0.5MHz10MHz。所以超声波一定有多种形式。 常用超声波有哪些种类和形式呢？这些不同种类的超声波在介质中的传播速度一样吗？几种不同的超声波在介质中相遇时又怎样传播呢？,超声波在介质中传播,教学目的：了解超声波的波型及种类，掌握超声波在不同材料中的声速特性及多列超声波相遇叠加规律。,一、超声波分类,纵波：质点振动方向和波的传播方向在同一条直线上的传播的波称为纵波。也称压缩波或疏密波。,超声波在均匀介质中传播,一、超声波分类,横波：质点振动方向和波的传播方向相垂直的波称为横纵波。也称切变波。横波只能在固体材料中
2、传播。,超声波在均匀介质中传播,一、超声波分类,表面波：质点运动状态具有纵波和横波的综合特性。表面波沿固体表面传播，其渗入程度在波长范围内。根据材料厚度、波长、质点振动方式及传播速度不同，表面波分为瑞利波和乐甫波。,超声波在均匀介质中传播,一、超声波分类,当固体厚度大于波长时，产生瑞利波。其质点振动轨迹是椭圆形，椭圆长轴垂直于固体表面，短轴平行于表面。瑞利波只在表面传播，进入固体内部迅速衰减。,超声波在均匀介质中传播,一、超声波分类,当固体厚度小于波长时，产生乐甫波。其质点振动方向垂直于波传播方向。乐甫波可以在不同密度材料之间的表面传播。常用于检测复合材料分层缺陷。,超声波在均匀介质中传播,一
3、、超声波分类,板波：当板材的厚度与超声波的波长相当时，在弹性薄板中传播的超声波称为板波。也称兰姆波。,超声波在均匀介质中传播,一、超声波分类,超声波在均匀介质中传播,板波传播时，板材两表面和中间质点都发生振动，声场遍及板材整个厚度。质点振动是纵波和横波成分之和，运动轨迹为椭圆形。板波分为对成型(S型)和非对称型(A型)。,二、超声波波型,超声波在均匀介质中传播,波在传播过程中，将某一疏瞬间波到达各质点的几何位置所联成的面称为波阵面。,三、超声波声速,超声波在均匀介质中传播,超声波在介质中传播速度称为超声波声速。,纵波声速CL,横波声速Ct,表面波声速Cr,三、超声波声速,超声波在均匀介质中传播
4、,一般固体介质泊松比在0.33左右,如钢0.28，CL/Ct1.8，Cr0.9Ct。超声波在钢中传播，纵波声速为横波声速1.8倍；表面波为横波声速的0.9倍。,由于液体和气体介质没有刚性，不能承受切应力，横波和表面波不能在液体和气体中传播，只有纵波可以在液体气体中传播。,三、超声波声速,超声波在均匀介质中传播,结论： 1、介质弹性性能愈强（E越大），密度愈小，则超声波在该介质中传播声速愈高； 2、在同一种介质中，纵波声速约为横波的2倍，横波声速约为表面波0,9倍； 3、在液体和气体介质中只能传播纵波。,纵波在液体气体中声速,四、超声波传播时相遇,超声波在均匀介质中传播,当几束超声波在同一介质中
5、传播时，波的传播是独立的，但在相遇处质点振动是各波在该点所引起振动的矢量合成，即波的叠加原理。,两个频率相同、振动方向相同、相位相同或相位差恒定的波叠加时，某些振动始终加强，另一些振动始终减弱或完全抵消。实际探伤应避免干涉产生。,1、叠加原理,2、波的干涉,四、超声波传播时相遇,超声波在均匀介质中传播,两个振幅相同、频率相同的相干波，在同一条直线上沿相反方向传播时，叠加形成某些质点振动始终减弱，另一些质点振动始终最大。驻波是干涉的特例。,3、驻波,四、超声波传播时相遇,超声波在均匀介质中传播,4、惠更斯原理,振动在介质中传播形成波。在连续分布介质中，任何一点振动将引起相邻质点振动，因此，波动中任何一点都可以看作新的波源，即子波源。,四、超声波传播时相遇,超声波在均匀介质中传播,在连续介质中传播波的波前所有各点，都可以看作是发射子波的波源，经过一段时间后，这些子波波前新位置的包络线决定新的波阵面。这就是惠更斯原理。,4、惠更斯原理,超声波在均匀介质中传播,超声波分为纵波、横波、表面波和板波。在介质中传播时，不同的波型声速是不同的。只有纵波可以在液体和气体介质中传播。几列超声波在介质中相遇时，会产生干涉和叠加现象。声波的波前可看作子波的波源。,本课小结：,思考题：试述纵波、横波和表面波各有何特点？,
