高清下載香蕉視頻app蘋果:超聲波在不同介質界面處的反射、折射和透射情況是進行超聲探傷的重要物理基礎。聲波能量經界面時的聲壓聲強變化主要取決于兩側介質的聲阻抗。

1. 超聲波垂直(zhi)人(ren)射(she)到兩(liang)種介質界面處的(de)反射(she)透射(she)情(qing)況

 當超聲波垂直入射于兩種不同聲阻抗介質的界面時，其反射波按入射波相反的路徑返回，透射波垂直進入第二種介質。假設超聲波所處介質聲阻抗為Z₁,人射聲強為I₀,入射聲壓為P₀,反射聲強為I_r,反射聲壓為P_r;另一種介質聲阻抗為Z₂,透射聲強為I_t,透射聲壓為P_t.令聲阻抗比m=Z₁/Z₂,可得：

聲壓視為平面上單位面積所受的力，那么平面兩側的力應當平衡，故聲壓變化有P₀+P_r=P_t.結合聲壓反射、透射系數，有

類似地，聲強在界面兩側應滿足能量守恒定律，所以有I_o=I_r+I_t,如果把聲強反射率（R)定義為I_r/I₀,聲強透射率（D)定義為I_t/I₀,則有：

 實際檢測中，常用到自發自收探頭，例如對鋼板進行檢測時，認為聲波垂直入射進人鋼板內部，透射波到達底部后，聲壓在鋼板／空氣界面被完全反射，然后垂直返回，被探頭接收。探頭接收到的返回聲壓P'_t與人射聲壓P₀之比稱為聲壓往復透過率，常用符號T_p表示。

所以(yi)

對比聲強透射率D和聲壓往復透過率T_p,可知兩者在數值上相等。

超聲(sheng)波(bo)垂(chui)直入(ru)射(she)于不(bu)同聲(sheng)阻(zu)抗介質的界面，有以下四種反射(she)和(he)透射(she)情況。

a.  Z₁<Z₂

 若聲波從(cong)水中(zhong)入射(she)到(dao)鋼中(zhong)，水的(de)聲阻(zu)(zu)抗為Z1=1.5×106kg/(㎡·s),鋼的(de)聲阻(zu)(zu)抗為Z2=46×106kg/(㎡·s),水／鋼界面上的(de)

 圖2.9表示從水入射(she)(she)到鋼時(shi)，聲(sheng)(sheng)壓(ya)在兩側的(de)分布(bu)。當聲(sheng)(sheng)波(bo)從聲(sheng)(sheng)阻抗(kang)小的(de)介(jie)質人射(she)(she)到聲(sheng)(sheng)阻抗(kang)大的(de)介(jie)質時(shi)，反射(she)(she)聲(sheng)(sheng)壓(ya)較入射(she)(she)聲(sheng)(sheng)壓(ya)略低，而透(tou)射(she)(she)聲(sheng)(sheng)壓(ya)高于入射(she)(she)聲(sheng)(sheng)壓(ya)，且等于兩者(zhe)之(zhi)和。由(you)聲(sheng)(sheng)強透(tou)射(she)(she)率D的(de)大小可知入射(she)(she)聲(sheng)(sheng)強中只有12.24%的(de)能量進入鋼中。

b. Z₁>Z₂

若聲(sheng)波從鋼入(ru)射(she)到水中，此時界(jie)面(mian)的聲(sheng)壓反射(she)系數

圖2.10表示(shi)從(cong)鋼(gang)入(ru)射(she)(she)到水(shui)時，兩側(ce)的聲(sheng)(sheng)(sheng)壓分布。當聲(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)從(cong)聲(sheng)(sheng)(sheng)阻(zu)抗較大的介質(zhi)入(ru)射(she)(she)到較小的介質(zhi)時，反射(she)(she)聲(sheng)(sheng)(sheng)壓較入(ru)射(she)(she)聲(sheng)(sheng)(sheng)壓略低；而(er)透射(she)(she)聲(sheng)(sheng)(sheng)壓因(yin)入(ru)射(she)(she)聲(sheng)(sheng)(sheng)壓與反射(she)(she)聲(sheng)(sheng)(sheng)壓相位相反，其數值也(ye)較小。計算得知入(ru)射(she)(she)聲(sheng)(sheng)(sheng)強中同樣有12.24%的能(neng)量進(jin)入(ru)水(shui)中。

c. Z₁ ＞ Z₂

 當聲波從聲阻抗高的固體入射到空氣中，例如從鋼中入射到空氣中，就屬于這種情況，此時Z₁(鋼）＝46×10⁶kg/(㎡·s),Z₂(空氣）＝0.0004×10⁶kg/(㎡·s),可計算聲壓反射系數

 此時，聲波在界(jie)面處幾乎全部被反射(she)，無(wu)法(fa)透(tou)射(she)到空氣中，因(yin)此，當超聲波探(tan)頭(tou)與(yu)粗糙待(dai)(dai)測(ce)件表面接觸(chu)，如果不加耦(ou)合劑，就(jiu)相當于(yu)探(tan)頭(tou)與(yu)待(dai)(dai)測(ce)件表面間(jian)有一層(ceng)空氣，導致聲波能量無(wu)法(fa)透(tou)射(she)到待(dai)(dai)測(ce)件中，無(wu)法(fa)進行探(tan)傷(shang)。

d. Z₁≈Z₂

 當聲波從兩種(zhong)聲阻(zu)抗相(xiang)近的介質界(jie)面(mian)經過(guo)時(shi)，例(li)如普通碳鋼(gang)焊縫金(jin)屬與(yu)母材金(jin)屬之間，聲阻(zu)抗相(xiang)差僅1%,此時(shi)，界(jie)面(mian)的聲壓(ya)反(fan)射系數(shu)

此時，在界面處反(fan)射(she)(she)聲(sheng)(sheng)壓(ya)極(ji)小，而透射(she)(she)聲(sheng)(sheng)壓(ya)幾(ji)乎與入射(she)(she)聲(sheng)(sheng)壓(ya)相同；聲(sheng)(sheng)波能量幾(ji)乎全部透射(she)(she)到第(di)二種介質中。

2. 超聲波斜入射到兩種(zhong)介(jie)質界(jie)面處的反射折射情況(kuang)

當超聲波以一定角度(du)斜入射(she)到兩種介質(zhi)界面時，會發生反射(she)和折射(she)現(xian)象，且遵(zun)循反射(she)和折射(she)定律。一定條件下(xia)，還會發生波型轉換現(xian)象。

 a. 超聲縱波斜入(ru)射

當超聲(sheng)縱(zong)波(bo)(bo)斜入射到(dao)兩種介(jie)質界面時，反(fan)射波(bo)(bo)和折(zhe)射波(bo)(bo)的傳(chuan)播方(fang)向符合反(fan)射定律(lv)、折(zhe)射定律(lv)，如圖(tu)2.11所示，即

 由式（2.4)可知，在同一介質中聲波縱波波速不變，因此縱波反射角與縱波入射角相等，即α_L=γ_L,同時，同一介質中縱波聲速大于橫波聲速，因此縱波反射角大于橫波反射角，縱波折射角大于橫波折射角，即γ_L>γ_s,β_L>β_s.

當α_L增加時，β_L也增加，增加到一定程度時，β_L=90°,這時所得縱波入射角稱為第一臨界角，常用a_I表示。當α_L>α_I時，第二介質中既有折射縱波L,又有折射橫波S.

當α_L增加時，β_s也增加，增加到一定程度時，β_s=90°,這時所得縱波入射角稱為第二臨界角，常用a_II表示。當α_I<α_L<a_II時，第二介質中沒有折射縱波L,只有折射橫波S,這種情況也是橫波探頭的制作原理。

b. 超聲橫波斜入射

當橫波(bo)以一(yi)定(ding)角(jiao)度入射到兩種固體界面時，也會出現(xian)波(bo)形的轉(zhuan)換，如圖(tu)2.12所示(shi)。

同樣地，橫(heng)波斜入射(she)也符合(he)反(fan)射(she)、折射(she)定律(lv)：

橫波斜入射時，隨著α_s增加，y_L=90°時，所對應的橫波人射角α_s為第三臨界角，常用α_III表示，橫波入射角大于第三臨界角時，產生橫波全反射現象。