砼超聲檢測技術課件

砼超聲檢測技術第一部分聲學基礎

第一章振動與波

一、波的產生1.波的產生質點振動－質點在一定位置附近重復運動彈性介質－相互間由彈性力聯系著的質點組成的物質2.質點在彈性介質中的振動產生波3.簡諧振動方程砼超聲檢測技術第一部分聲學基礎

第一章振動與波

一、波的1簡諧振動方程x=Acos(ωt+φ）x－位移A－振幅，離開平衡位置的最大位移ωt+φ－相位：確定物體在時刻t所處的位置ω－角頻率ω＝2nfφ－初相位彈性介質模型1—質點；2—小彈簧簡諧振動方程x=Acos(ωt+φ）彈性介質模型2二、波的分類機械波－機械振動在彈性介質中的傳播1.波過程，如：聲波、水波等電磁波－電磁振蕩引起的變化的電場與磁場在空間的傳播，如：無線電波、紫外線、光線等2．聲波聲波是機械波，按頻率可分為：次聲波0～20Hz可聞聲波20～20kHz超聲波20kHz～1010Hz(如：砼超聲20k～250kHz）特超聲波＞1010Hz金屬超聲二、波的分類3三、波的種類1.按質點振動方向與傳播方向關系分類縱波（P波）—質點振動方向與波的傳播方向一致，如聲波；介質時疏時密，容積變形引起壓強變化而傳播，與容變彈性有關，可以在固體、液體、氣體中傳播。橫波（S波）—質點振動方向與波的傳播方向垂直，介質剪切變形引起剪切應變力變化而傳播，與切變彈性有關，只能在固體中傳播。三、波的種類4砼超聲檢測技術課件5縱波、橫波迭加產生其它類型的波表面波（R波）－縱向振動與橫向振動迭加形成園振動，沿介質表面?zhèn)鞑ィ荒茉诠腆w中傳播

表面波板波（蘭姆波）扭轉波拉伸波縱波、橫波迭加產生其它類型的波62．波的形式①

聲波在無限大且各向同性介質中向各方向傳播波線－傳播的方向波前－振動傳播到的各點的軌跡波陣面－介質中振動同相位的所有質點的軌跡②

按波陣面分平面波－波陣面是平面，振源是無限大平面球面波－波陣面是球面，振源是點源柱面波－波陣面是同軸園柱面，振源是無限長園柱2．波的形式7砼超聲檢測技術課件8砼超聲檢測技術課件9波動方程：

y：波線上任意一點（距原點X）的質點任一時刻t的位移V：波速2．波速V－振動傳播的速度周期T－質點完成一次振動的時間波長λ－在周期T內波傳播的距離頻率f－每秒振動的次數λ=v·Tλ=v/f例：V＝4000m/sf＝50kHzλ＝80mm波的頻率，振幅，相位也就是質點振動的頻率，振幅，相位波動方程：10第二章固體中的波速一、縱波波速VP1．

無限大介質

2．薄板介質（板厚<<λ）

3．細長桿（橫向尺寸<<λ）砼VP＝4500m/sVL=4368m/sVO＝4280m/s第二章固體中的波速11常見幾種介質中的縱波聲速砼VP＝3500－4500m/s空氣Va

=340m/s水Vw＝1500m/s鋼材（鋼管）Vi＝5800m/sPVC管VP＝2350m/s縱波波速與固體介質的特性(密度、彈性模量E、泊松比）和固體介質的邊界條件有關常見幾種介質中的縱波聲速12二、橫波波速VS無限大介質中

G－切變模量

三、表面波波速VR

當介質尺寸>>λ，半無限大與無限大物體波速相近二、橫波波速VS13第三章聲場聲場指充滿聲波的空間一、聲壓PP＝P1－PO單位：帕（斯卡）＝N/m2

P1－某點某瞬時的壓強PO－同一點沒有聲強時的壓強聲壓與頻率成正比，所以超聲波比可聞聲波的聲壓大二、聲強J垂直于聲波傳播方向上單位面積，單位時間內通過的聲能量為聲強，超聲波的聲強遠大于可聞聲波的聲強三、聲阻抗率ZZ=ρ·V砼Z＝108×104g/cm2.s第三章聲場14第四章聲波在介質界面的反

射與折射（透射）

聲界面指聲阻抗率Z不同介質的界面一、垂直入射

第四章聲波在介質界面的反

15聲壓反射率

聲壓透射率

Z1＝Z2R＝0，D＝1Z2>>Z1R-->1幾乎全反射，如空氣--砼Z2<<Z1R-->－1幾乎全反射，反射波反相聲壓反射率16二、斜入射

反射定律i=β折射定律二、斜入射反射定律17在固體介質的界面聲波的方向，角度及波型均要發(fā)生變化在固體介質的界面聲波的方向，角度及波型均要發(fā)生變化18

第一臨界角：若入射波是縱波，且v1p<v2p，折射角θp＞入射角ip當θp＝900時的入射角ip稱為第一臨界角i1

若入射角＞第一臨界角，第二種介質中只有折射橫波，這是產生橫波的一種方法

19第五章聲波的衰減聲波在傳播過程中振幅隨傳播距離的增大而逐漸減少的現象稱為衰減一、產生衰減的原因1．吸收聲能熱能2．散射多次反射、折射，波型轉換3．擴散波束擴散使能量分散第五章聲波的衰減20二、衰減系數聲壓P=P0e-ax衰減系數

吸收衰減系數aa

正比于f或f2散射衰減系數as正比于f2或f4總的衰減系數a=af+bf2+cf4a、b、c是由介質性質和散射物特性所決定的比例系數三、衰減的度量分貝數＝20log(A/A0)dB二、衰減系數21砼超聲檢測技術第一部分聲學基礎

第一章振動與波

一、波的產生1.波的產生質點振動－質點在一定位置附近重復運動彈性介質－相互間由彈性力聯系著的質點組成的物質2.質點在彈性介質中的振動產生波3.簡諧振動方程砼超聲檢測技術第一部分聲學基礎

第一章振動與波

一、波的22簡諧振動方程x=Acos(ωt+φ）x－位移A－振幅，離開平衡位置的最大位移ωt+φ－相位：確定物體在時刻t所處的位置ω－角頻率ω＝2nfφ－初相位彈性介質模型1—質點；2—小彈簧簡諧振動方程x=Acos(ωt+φ）彈性介質模型23二、波的分類機械波－機械振動在彈性介質中的傳播1.波過程，如：聲波、水波等電磁波－電磁振蕩引起的變化的電場與磁場在空間的傳播，如：無線電波、紫外線、光線等2．聲波聲波是機械波，按頻率可分為：次聲波0～20Hz可聞聲波20～20kHz超聲波20kHz～1010Hz(如：砼超聲20k～250kHz）特超聲波＞1010Hz金屬超聲二、波的分類24三、波的種類1.按質點振動方向與傳播方向關系分類縱波（P波）—質點振動方向與波的傳播方向一致，如聲波；介質時疏時密，容積變形引起壓強變化而傳播，與容變彈性有關，可以在固體、液體、氣體中傳播。橫波（S波）—質點振動方向與波的傳播方向垂直，介質剪切變形引起剪切應變力變化而傳播，與切變彈性有關，只能在固體中傳播。三、波的種類25砼超聲檢測技術課件26縱波、橫波迭加產生其它類型的波表面波（R波）－縱向振動與橫向振動迭加形成園振動，沿介質表面?zhèn)鞑?，只能在固體中傳播

表面波板波（蘭姆波）扭轉波拉伸波縱波、橫波迭加產生其它類型的波272．波的形式①

聲波在無限大且各向同性介質中向各方向傳播波線－傳播的方向波前－振動傳播到的各點的軌跡波陣面－介質中振動同相位的所有質點的軌跡②

按波陣面分平面波－波陣面是平面，振源是無限大平面球面波－波陣面是球面，振源是點源柱面波－波陣面是同軸園柱面，振源是無限長園柱2．波的形式28砼超聲檢測技術課件29砼超聲檢測技術課件30波動方程：

y：波線上任意一點（距原點X）的質點任一時刻t的位移V：波速2．波速V－振動傳播的速度周期T－質點完成一次振動的時間波長λ－在周期T內波傳播的距離頻率f－每秒振動的次數λ=v·Tλ=v/f例：V＝4000m/sf＝50kHzλ＝80mm波的頻率，振幅，相位也就是質點振動的頻率，振幅，相位波動方程：31第二章固體中的波速一、縱波波速VP1．

無限大介質

2．薄板介質（板厚<<λ）

3．細長桿（橫向尺寸<<λ）砼VP＝4500m/sVL=4368m/sVO＝4280m/s第二章固體中的波速32常見幾種介質中的縱波聲速砼VP＝3500－4500m/s空氣Va

=340m/s水Vw＝1500m/s鋼材（鋼管）Vi＝5800m/sPVC管VP＝2350m/s縱波波速與固體介質的特性(密度、彈性模量E、泊松比）和固體介質的邊界條件有關常見幾種介質中的縱波聲速33二、橫波波速VS無限大介質中

G－切變模量

三、表面波波速VR

當介質尺寸>>λ，半無限大與無限大物體波速相近二、橫波波速VS34第三章聲場聲場指充滿聲波的空間一、聲壓PP＝P1－PO單位：帕（斯卡）＝N/m2

P1－某點某瞬時的壓強PO－同一點沒有聲強時的壓強聲壓與頻率成正比，所以超聲波比可聞聲波的聲壓大二、聲強J垂直于聲波傳播方向上單位面積，單位時間內通過的聲能量為聲強，超聲波的聲強遠大于可聞聲波的聲強三、聲阻抗率ZZ=ρ·V砼Z＝108×104g/cm2.s第三章聲場35第四章聲波在介質界面的反

射與折射（透射）

聲界面指聲阻抗率Z不同介質的界面一、垂直入射

第四章聲波在介質界面的反

36聲壓反射率

聲壓透射率

Z1＝Z2R＝0，D＝1Z2>>Z1R-->1幾乎全反射，如空氣--砼Z2<<Z1R-->－1幾乎全反射，反射波反相聲壓反射率37二、斜入射