1.2. Акустичекие свойства сред

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН

Независимо от типа волн, все они характеризуются важным параметром – звуковая энергия. Полная энергия звуковой волны складывается из кинетической энергии движения частиц среды и внутренней энергии. Плотность кинетической энергии равна:

где:		-	плотность среды ;
		-	колебательная скорость частиц;
		-	смещение частиц среды из положения равновесия в процессе колебательного движения [м].

В бегущей волне плотность внутренней энергии равна плотности кинетической энергии, поэтому полная плотность энергии равна

.

Тогда плотность потока энергии звуковой волны равна:

Среднее значение энергии за период называют интенсивностью или силой звука. Для плоской бегущей гармонической волны интенсивность равна

Величина называется акустическим давлением звуковой волны.

Для УЗ дефектоскопии большое значение имеет удельное волновое сопротивление среды или импеданс, которое выражается как

Коэффициент затухания

Ослабление амплитуды плоской гармонической волны в результате взаимодействия ее со средой происходит по закону:

где:	х	-	путь;
		-	колебательная скорость частиц;

В дальнейшем термин «затухание» будем относить только к ослаблению, учитываемому экспоненциальным множителем, в отличие от уменьшения амплитуды, связанного с расширением волнового фронта, например, в сферической волне.

Коэффициент затухания складывается из коэффициентов поглощения и рассеяния:

.

При поглощении звуковая энергия переходит в тепловую, а при рассеянии энергия остается звуковой, но уходит из направленно распространяющейся волны.

Поглощение обусловлено вязкостью, упругим гистерезисом (т. е. различной упругой зависимостью при расширении и сжатии) и теплопроводностью. Последний механизм поглощения связан с тем, что процесс распространения акустической волны считают адиабатическим (не учитывающим температуру). Расширение или сжатие элементарного объема сопровождается изменением температуры, но они настолько кратковременны, что процесс выравнивания температуры можно не учитывать. В действительности теплопроводность существует и способствует потере энергии колебаний. Существуют также другие механизмы поглощения, проявляющиеся при более высоких частотах, чем применяют в акустическом контроле.

Рассеяние происходит из-за наличия в среде неоднородностей (с отличным от среды волновым сопротивлением), размеры которых соизмеримы с длиной волны. Различие в волновых сопротивлениях приводит к отражению волн. Такими неоднородностями могут быть, например, капли воды в газе, взвешенные частицы или пузырьки воздуха в воде.

Отражение и преломление акустических волн

В ультразвуковой дефектоскопии для контроля материалов и изделий используются преобразователи, возбуждающие в объекте контроля волны различных типов в зависимости от поставленной задачи. Акустическая волна проходя через границу раздела двух сред частично отражается, а частично проходит. Знание углов преломления и отражения в зависимости от угла ввода позволяет изготавливать преобразователи, возбуждающие в объекте контроля необходимую волну.

Также важными характеристиками, определяющими количественно долю пройденной и отраженной волны, являются коэффициенты отражения R и прохождения (прозрачности) D.