香蕉視頻app破解碼: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(chao)聲波垂直人(ren)射到兩(liang)種介(jie)質界面處的反射透射情況(kuang)

 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

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。

超聲波垂直(zhi)入射(she)于不同聲阻抗介質的(de)界面(mian)，有以下四種反射(she)和透射(she)情(qing)況。

a.  Z₁<Z₂

 若聲(sheng)波從水中(zhong)入射到鋼中(zhong)，水的(de)(de)聲(sheng)阻(zu)抗為Z1=1.5×106kg/(㎡·s),鋼的(de)(de)聲(sheng)阻(zu)抗為Z2=46×106kg/(㎡·s),水／鋼界面上的(de)(de)

 圖(tu)2.9表示從(cong)(cong)水入射(she)(she)到鋼時(shi)，聲壓在兩側的分布。當聲波(bo)從(cong)(cong)聲阻抗小的介質(zhi)人射(she)(she)到聲阻抗大(da)的介質(zhi)時(shi)，反射(she)(she)聲壓較入射(she)(she)聲壓略低，而(er)透射(she)(she)聲壓高于入射(she)(she)聲壓，且等于兩者(zhe)之和。由聲強透射(she)(she)率(lv)D的大(da)小可(ke)知(zhi)入射(she)(she)聲強中(zhong)只有(you)12.24%的能量進入鋼中(zhong)。

b. Z₁>Z₂

若聲(sheng)波從鋼入射(she)到水中，此(ci)時(shi)界面的聲(sheng)壓(ya)反射(she)系數

圖2.10表示從鋼(gang)入(ru)(ru)射(she)(she)(she)到水時，兩側的聲(sheng)壓(ya)分(fen)布。當聲(sheng)波從聲(sheng)阻(zu)抗較(jiao)大的介(jie)質(zhi)入(ru)(ru)射(she)(she)(she)到較(jiao)小(xiao)的介(jie)質(zhi)時，反(fan)射(she)(she)(she)聲(sheng)壓(ya)較(jiao)入(ru)(ru)射(she)(she)(she)聲(sheng)壓(ya)略低；而(er)透射(she)(she)(she)聲(sheng)壓(ya)因入(ru)(ru)射(she)(she)(she)聲(sheng)壓(ya)與反(fan)射(she)(she)(she)聲(sheng)壓(ya)相位相反(fan)，其數值也(ye)較(jiao)小(xiao)。計算(suan)得知(zhi)入(ru)(ru)射(she)(she)(she)聲(sheng)強(qiang)中同樣有12.24%的能量進入(ru)(ru)水中。

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(ci)時，聲波(bo)在界(jie)面(mian)(mian)處幾乎全部(bu)被反射(she)，無(wu)法(fa)透(tou)射(she)到(dao)空氣中(zhong)，因此(ci)，當超聲波(bo)探頭與粗糙待測件表面(mian)(mian)接觸，如果不加(jia)耦合(he)劑，就相當于探頭與待測件表面(mian)(mian)間有(you)一層(ceng)空氣，導致聲波(bo)能量無(wu)法(fa)透(tou)射(she)到(dao)待測件中(zhong)，無(wu)法(fa)進行探傷。

d. Z₁≈Z₂

 當(dang)聲(sheng)(sheng)波從兩種聲(sheng)(sheng)阻(zu)抗(kang)相近的(de)介(jie)質界面經過時，例如普通碳鋼焊(han)縫(feng)金(jin)(jin)屬(shu)與母材(cai)金(jin)(jin)屬(shu)之間，聲(sheng)(sheng)阻(zu)抗(kang)相差僅(jin)1%,此時，界面的(de)聲(sheng)(sheng)壓反射系(xi)數(shu)

此(ci)時，在界面(mian)處反射聲(sheng)壓(ya)極小，而透(tou)射聲(sheng)壓(ya)幾乎與入(ru)射聲(sheng)壓(ya)相(xiang)同；聲(sheng)波能量幾乎全部透(tou)射到第二種介質(zhi)中。

2. 超(chao)聲波斜(xie)入射(she)(she)到兩種(zhong)介質界(jie)面處(chu)的反(fan)射(she)(she)折射(she)(she)情況

當超聲波以一(yi)定角度斜入(ru)射(she)到兩種介質界面(mian)時(shi)，會(hui)發生(sheng)反射(she)和折射(she)現象，且遵循反射(she)和折射(she)定律。一(yi)定條件下(xia)，還(huan)會(hui)發生(sheng)波型(xing)轉換現象。

 a. 超聲縱(zong)波斜入(ru)射

當超聲縱波斜(xie)入射到兩(liang)種(zhong)介質界面時(shi)，反(fan)射波和折射波的(de)傳播方向符合(he)反(fan)射定律、折射定律，如圖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(heng)波斜入射

當(dang)橫(heng)波以一定角度入(ru)射(she)到兩種固體界面時，也(ye)會出現波形的轉換，如圖2.12所示。

同(tong)樣(yang)地(di)，橫波斜入射也(ye)符合反射、折(zhe)射定(ding)律：

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。