超声导波学习笔记:2.超声导波的特性(上)

热度 11已有 928 次阅读2012-7-29 06:42 | 学习,

相对于导波而言,我们经常说的纵波和横波,又可称为“体波”。体波是:可以在三维尺寸远大于波长的介质(教材称无限大介质) 中传播的波。讨论超声导波的特性,主要是讨论它与体波和表面波的不同,这对进一步理解导波,很重要。

2.1 导波的传播方向,在整个厚度范围内,与界面平行

2.1.1 体波的传播方向

不论是超声纵波,还是横波,不论是直射,还是斜射,它们的传播方向总是垂直或倾斜指向下或上界面的(下或上界面,又可称为工件底面或扫查面)。纵波或横波在两个界面之间的传播,方向是射向界面或在界面之间的多次反射。我们习惯上用箭头代表纵波或横波轴线的传播方向。

2.1.2导波的传播方向

导波的波传播方向,则不是指向界面的,在整个厚度范围内,各质点振动的结果,引起的波传播方向,是与界面平行的。

笔者注:质点的振动方向和波的传播方向,不可混淆。详细区分图,请看特压教材(2008版)第158--159页图5--40和5--42。

2.1.3 导波与表面波的不同

表面波,虽然是沿工件表面(界面)传播(勉强地说,也可认为是平行于界面的),但它却不是“整个厚度范围内,质点共同振动”的结果。它的声压、声强随距离表面深度增加,而急剧减小;而导波的声压、声强在横截面上,却可以认为近似相等。

2.2 导波的频散特性与导波的多模态

2.2.1 导波的频散特性

2.2.1.1体波的相速度和群速度

任何一个脉冲波,都可以认为:它是由许多不同频率成分的简谐波的叠加而成的(承担这种分解功能的运算方法叫傅立叶运算,仪器叫频谱分析仪)某一频率简谐波的声速,称为相速度;脉冲波的速度,称为群速度。

通常,在三维尺寸较大的介质中,体波(即纵波和横波)和表面波,这些波的相速度等于群速度(因此,简称波速),波速仅决定于波型(纵波、横波、表面波)和介质的力学性能,而与波的频率无关。

2.2.1.2 导波的频散曲线。

由于波在薄板或管壁中,复杂的干涉迭加作用,导波的相波速和群速度,均与其频率有关,且二者并不相等。波速与频率有关的特性,称为频散特性。导波相速度(或群速度)与频率关系曲线,称为频散曲线。

笔者注:对于板波,特压《超声检测》教材(2008)23—24页图2—262—27,给出了相速度(或群速度)与频厚积(频率f与工件厚度d的乘积)的关系曲线。当板厚度d一定时(扣除板厚因素),教材上的曲线,也可理解为频散曲线。

2.2.2导波的多模态

导波的波型应该分多少种,目前并没有定论。

较多资料认为:在板中传播的波型,有SH波,SV波,兰姆波,漏兰姆波等几种,常用的波是兰姆波(波型特征:质点振动方向有纵向,也有垂直于界面的横向)。板中的兰姆波,它又分对称型(S)和非对称型(A),而SA型当中因混叠进纵向振动和横向振动成分所占比例不同,有若干条不同频散曲线。我们把导波某种波型的若干条不同频散曲线,称为某种波型的若干不同模态。

导波在管或圆柱体中的波型,又分纵向轴对称型----L型、扭转轴对称型---T型和非轴对称弯曲型---F型等几种。它们对应不同的频散曲线,又分若干不同模态。

〔笔者注:制作频散曲线,求解频散方程,是大学或研究院试验室的事情,对于具体工件,也有商业化软件代为运作。作为UT人员,知道有频散曲线这么回事,就行了。如利用导波仪器检测,则会有更详尽的频散曲线资料和说明指导资料,供参考。〕

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发表评论 评论 (1 个评论)

回复 周小梦 2012-8-2 15:09
个人认为板波是 属于导波的,个人愚见

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