超声波传播速度描述

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1、超声波传播速度描述 超声波传播速度描述 l超声波的传播速度 超声波的传播速度是表示超声波在介质中传播速度快慢的物理量，是与介质的弹 性模量和密度相关的。不同的介质由于介质的弹性模量和密度不同，其声速是不同 的。不同的波的类型，介质的弹性模量不同，其声速也是不同的。 b5E2RGbCAP 一、固体介质中的纵波、横波与表面波声速 固体介质中不仅能传播纵波，而且能够传播横波和表面波等。由于其弹性模量是 不同的，因此其声速也不同。同时介质的形状不同，其声速也不同，如无限大介质和 细长棒中的声速。 plEanqFDPw 1.无限大固体介质中的声速 无限大固体介质是相对于波长而言的，当介质的

2、尺寸远大于波长时，就可以视为 无限大介质。 在无限大的固体介质中，纵波、横波、表面波的传播速度公式为 : CL=---(1) CS=--(2) CR=---(3) 式中E--介质中的杨氏弹性模量，等于介质承受的拉应力与相对伸长 △ L L之比 ---介质中的切变弹性模量，等于介质承受的切应力与切应变之比。 G ---介质的密度，等于介质的质量 M与其体积V之比。 ---介质的泊松比，等于介质横向相对缩短 1二与纵向相对伸长二之比。 由上述公式可知 1) 固体介质中的声速与介质的密度和弹性模量等有关，不同的介质，声速 不同; 截止的弹性模量愈大，密度愈小，则声速愈大。 2)

3、 声速还与波的类型有关，在同一固体介质中，纵波、横波和表面波的声 速各不相同，并且相互之间有如下关系 : =>1, =<1 所以可得出， CL>CS>CR。. 2. 细长棒中的纵波声速 在细长棒中(棒径d?)轴向传播的纵波声速与无限大介质中纵波声速不同， 细长棒中纵波声速为 : CLb= 种类(g/cm2)CLb(m/s)CL(m/s)CS(m/s) 铝 2.70.34504062603080 DXDiTa9E3d 铁 7.70.2851805850~59003230 铸铁 6.9~7.33500~56002200~3200 钢 7.70.285880~59503230 RTCr

4、pUDGiT 铜 8.90.35371047002260 有机玻璃 1.180.32427301460 聚苯乙烯 1.050.3412340~23501150 环氧树脂 1.1~1.252400~29001100 5PCzVD7HxA 尼龙 1.1~1.21800~2200 聚枫 1.1852250 3. 影响声速的因素 在固体介质中，影响声速的主要因素有温度、应力和材质及成份的均匀性。一般 情况下，随着温度的升高，介质的声速降低 ; 应力增加，速度增加，但增加缓慢 ; 组织 晶粒越大，速度越低 ; 石墨含量增加和尺寸增加，声速减少。 jLBHrnAILg 二、板波声速 板波是

5、声波在板厚与波长相当的薄板中传播的波，板波分为对成型和非对成型两 类。由于板波传播时受到上下板面的影响，因此板波声速与纵波、横波、表面波不 同，它不仅与介质性质有关，而且与板厚、频率、等有关。只有当板厚、频率、声速 之间满足一定关系时，板波才能顺利传播。板波声速分为相速度和群速度。相速度是 指单一频率的声波在介质中的传播速度，群速度是指多个相差不多的频率的波在同一 介质中传播时相互合成后的包络线的传播速度。 xHAQX74J0X 在板波的产生中，只有满足如下条件时，才会形成共振，激励出较强的板波。 Sin二式中，CL--透声斜楔中的纵波速度；CP---薄板中板波的相速度； --- 纵波入

6、射角。 板波波速与频率、板厚的关系符合下述频率方程 : 对称性 (S): 非对称性 (A): 实际检测中，若是频率单一的连续波，那么板波声速就是相速度 ; 若是脉冲波，那 么板波声速就是指群速度。 三、液体、气体介质中的声速 1. 液体、气体中声速公式 由于液体和气体只能传播纵波，因此其纵波声速为 : C= 式中 B--- 液体、气体介质的容变弹性模量，表示产生单位容积相对变化量所需压 强; --- 液体或气体介质的密度。 由公式可知，液体、气体的声速只与其容变弹性模量和密度有关，介质的容变弹 性模量越大，密度越小，声速就越大。 LDAYtRyKfE 影响气体、液体声速

7、的主要因素是温度，一般情况下，除了水之外，都是随着温 度的升高，容变弹性模量减少，声速降低。 Zzz6ZB2Ltk 四、声速的测量 声速是衡量材料声学性质的重要参数。对于检测的缺陷精确定位和评定材料的物 理性能和特性是很重要的参数，其测量的方法有脉冲反射法、测厚仪测量法和示波器 测量法。 dvzfvkwMI1 1. 探伤仪测量法 主要采用脉冲法、穿透法或对比法进行测量，仪器要有时间刻度，根据试件的厚 度或水层的深度，通过计算即可求出。 rqyn14ZNXI 反射法 :C= 穿透法 :C= 式中 d--- 工件厚度 ;t--- 是始波与底波之间的时间差 ;c--- 待测工件中的声速 对比法 :t=t=,= c2-- 是水的声速， c2=1480m/s;d--- 工件厚度， b--- 水层厚度， c1 待测工 件声速 EmxvxOtOco 4 / 7