Основы технической диагностики

Расчёт параметров акустического поля наклонного УЗ преобразователя в металле

Задание

1. Рассчитать параметры акустического поля УЗ преобразователя в призме (продольная волна);

f – 3,0 МГц; Материал

(вещество)'Плотность

ρ•103, кг/м3'Скорость звука, м/с'Удельное акустическое

сопротивление

z•106 Па, с/м Спродольных'Споперечных 'Оргстекло'1,18'2 730'1430'3,14

Р е ш е н и е.

Расстояние между плоскостями с одинаковым фазовым состоянием называется длиной волны и обозначается λ. Этот параметр акустической волны связан с частотой возбуждения колебаний ' и скоростью их распространения Cпр, которая является константой для каждой конкретной среды, соотношением Cпр = ' ×

λпр, (2.1)

где Cпр –скорость распространения продольной волны, м/с;

λпр – длина продольной волны, м;

' – частота возбуждающих колебаний, Гц.

Отсюда получаем длину продольной волны:

λпр = Cпр/'. (2.2)

Скорость распространения продольной волны в в оргстекле - 2700 м/с. Из ф-лы (2.1.) находим:

λ орг.= 2 730/3000 000 = 0,00108 м = 0.91 мм.

2.Рассчитать параметры акустического поля УЗ преобразователя в металле (поперечная волна); Сталь

углеродистая'7,8'5730'3230'44,7 Сталь

Х15Н15ГС'7,81'5400'3100'42,0 Сталь

нержавеющая'8,03'5660'3120'45,5

Р е ш е н и е. Скорость распространения поперечной волны в коррозионно-стойкой стали - 3120 м/с, Из ф-лы (2.1.) находим:

λ ст.= 3120/3000 000 = 0,00104 м = 1,04 мм.

Скорость распространения поперечной волны в стали - 3100 м/с:

λ ст.= 3 100/3000 000 = 0,001033 м = 1,03 мм.

Скорость распространения поперечной волны в углеродистой стали - 3230 м/с:

λ ст.= 3 230/3000 000 = 0,0010777 м = 1,08 мм.

3.'

Нарисовать наклонный совмещенный УЗ преобразователь и полную форму акустического поля УЗ преобразователя на пути УЗ-луча от пьезопластины до границы со сталью и в самой стали толщиной 30 мм при следующих параметрах:f – 3,0 МГц; диаметр пластины – 10 мм; длина пути в призме – 10 мм; ' - 50';

Решение: Определим длину ближней зоны акустического поля продольных волн в стали с частотой 3 МГц и диаметром пьезоэлемента 10 мм:

Nпрод. в стали:

N = D2/4λ. (2.3.)

где: N – длина ближней зоны, мм; D – диаметр пьезопластины преобразователя, мм; λ – длина волны в среде распространения акустических волн, мм/с.

102/4(5.73/3)=13.1 мм; -'

Nпрод. в оргстекле:

102/4(2.73/3)=27.47 мм;

Определим длину ближней зоны акустического поля поперечных волн в стали и в оргстекле преобразователя с частотой 3 МГц и диаметром пьезоэлемента 10:

Р е ш е н и е: -'

Nпоп в стали:

102/4(3.120/3)=24 мм;

- Nпоп. в оргстекле:

102/4(1.120/3)=66.9 мм;

Угол раскрытия лучей θ, как угол между акустической осью излучателя и боковым лучом (рис.2.8), определяется из выражения:

Sinθ=1,22(λ/D). (2.4.)

где:

D – диаметр пьезопластины преобразователя, мм;

λ – длина волны в среде распространения акустических волн, мм/с.

Рис. 2.4. Форма поля дискового плоского пьезоэлемента.

Определим угол раскрытия боковых лучей акустического поля продольных волн в дальней зоне стали УЗ преобразователя с частотой 3 МГц и диаметром пьезоэлемента 10 мм:

аrcsin 1.22(5.73/3/10)= 13°;

Определим угол раскрытия акустического поля поперечных волн в дальней зоне в стали УЗ преобразователя с частотой 3 МГц и диаметром пьезоэлемента 10 мм:

аrcsin 1.22(3.12/3/10)= 12,6°.

Рассмотрим наклонное падение продольных акустических волн на плоскую границу раздела двух сред с различными акустическими сопротивлениями, рис. 2.4. Здесь волна L падает из среды 1 со скоростью звука в ней C1 в среду 2 со скоростью звука в ней C2 под углом β, называемым углом падения, и расщепляется на границе раздела сред на отраженную и прошедшую волны.

Рис. 2.4. Отражение и преломление акустических волн

Вследствие различия скоростей распространения акустических волн в средах 1 и 2 прошедшая волна преломляется относительно направления падающего луча, и поэтому её называют преломлённой волной. Угол преломления α подчиняется закону Снеллиуса:

, ' ' (2.5)

где β – угол падения;

α – угол преломления (ввода);

C1 – скорость звука продольных волн в среде 1 (оргстекло);

C2 – скорость звука поперечных волн в среде 2 (сталь).

Рассчитаем угол ввода поперечных волн в стали при угле падения из оргстекла 50º.

Sin α = (Sin β х C2)/С1 = (Sin500 х 3.23)/2.73 = (0.4226 х 3.23)/2.73 = 0.9

α = arcsin 0.9 = 650.

Способ заказа и контакты