超声波传播速度描述

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。 plEanqFDPw1.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) 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,=CSCR。.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 7.70.285180585059003230 铸铁 6.97.33500560022003200 钢 7.70.28588059503230 RTCrpUDGiT铜 8.90.35371047002260有机玻璃 1.180.32427301460聚苯乙烯 1.050.341234023501150 环氧树脂 1.11.25240029001100 5PCzVD7HxA 尼龙 1.11.218002200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。 dvzfvkwMI11. 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EmxvxOtOco4 / 7