Y
1 модуль 3
1. Назовите основные величины, характеризующие акустические волны и поясните их физический смысл и взаимосвязь. 3
2. Физический смысл тензора деформаций и тензора напряжений. Закон Гука, его физический смысл. 4
3. Дайте понятие интенсивности и энергии звуковой волны. В чем отличие волновых уравнений для описания бегущих и стоячих волн? 7
4. Какие типы волн могут распространяться в газовых, жидкостных и твердых средах? Какими физическими величинами определяются скорости распространения упругих волн? 8
5. Какие виды поверхностных волн могут распространяться на границах раздела сред и в чем их особенность? Опишите возможные способы возбуждения поверхностных волн. 9
6. В чем особенность нормальных волн и в каких условиях они могут существовать? Физический смысл дисперсии скорости звука. Практические способы возбуждения нормальных волн. 11
7. При каких условиях могут существовать критические углы на границе сред, в чем их смысл, как их определить, какие явления наблюдаются при этом? 17
8. Какими упругими постоянными характеризуются твердые среды? Что такое волновое сопротивление среды и чем оно определяется? 21
9. Назовите основные акустические характеристики сред. Поясните механизм затухания акустических волн. 24
10. Как зависит коэффициент затухания от структуры среды и от частоты колебаний? Какое значение придается затуханию волн в акустическом контроле? 25
11. Механизм затухания волн в различных средах. Поглощение и рассеяние волн. 26
12. Отражение и преломление акустических волн на границах раздела сред. Трансформация волн. Критические углы. 27
13. В чем сущность закона Снеллиуса при падении акустической волны на границу раздела двух сред? В чем сущность коэффициентов отражения и прохождения и от чего они зависят? 28
14. Как используется наличие критических углов в практике контроля? 30
15. Как определить угол падения акустических волн при заданном угле ввода пучка в объект? Обратная задача. 31
16. Особенности отражения волн от свободной границы твердого тела. Обменные углы. 32
17. Дифракция волн в твердых телах. Явление поляризации для акустических волн. 33
18. Отражение и прохождение акустических волн при нормальном падении на границу двух сред, разделенных тонким слоем. Просветление границы. 35
2 модуль 36
19. В чем состоит физическая сущность пьезоэффекта? 36
20. Перечислите основные свойства и характеристики пьезоматериалов и дайте их физический смысл. 37
21. Чем определяется механическая добротность пьезопреобразователей? За счет каких параметров можно реально повысить мощность акустического излучателя? 39
22. Опишите структуру традиционного электроакустического тракта. 41
23. Опишите структуру прямого пьезопреобразователя и назначение отдельных элементов. 42
24. В чем состоит физический смысл коэффициента преобразования? Каким образом можно добиться реального увеличения коэффициента преобразования? 43
25. Какими преимуществами обладают широкополосные преобразователи? Какие существуют способы расширения полосы пропускания частот для пьезопреобразователей? 45
26. Каким образом обеспечивается стабильный контакт преобразователя с объектом контроля? Как влияет толщина слоя смазки на чувствительность контроля? 47
27. РШХ ПЭП. Причины возникновения шумов преобразователей и способы их уменьшения. 49
28. Что такое поле излучения преобразователя и чем оно характеризуется? Диаграмма направленности. 50
29. Что такое ближняя и дальняя зоны преобразователя и чем она характерна? Как можно объяснить наличие осцилляций в ближней зоне преобразователя? 52
30. Изменится ли направленность акустического поля дискового преобразователя при изменении его диаметра или параметров среды? 55
31. Поясните методику построения мнимого излучателя для плоскопараллельной задержки. 56
32. Поясните методику построения мнимого излучателя для наклонной задержки. 57
33. Какие типы фокусирующих преобразователей используются в практике контроля и в чем их особенность? Какими параметрами характеризуется поле излучения фокусирующего преобразователя? 58
34. Наклонные, раздельно-совмещенные, хордовые ПЭП. Конструкции и параметры. 60
35. Основные характеристики преобразователей и способы их определения. 61
36. В чем особенность и эффективность преобразователей на фазированных решетках. 62
Модуль 3 63
37. Физические основы эхо-метода контроля. Структура и принцип действия эхо-импульсного дефектоскопа (требования к узлам). 63
38. Основные типы искусственных дефектов. Расчет акустического тракта. АРД-диаграммы и их применение. 66
39. Характеристики эхо-метода контроля: глубина прозвучивания, мертвая зона, разрешающая способность. Способы улучшения характеристик. 71
40. Чувствительность эхо-метода контроля и способы ее повышения. Что такое уровень чувствительности и какие уровни различают при реализации контроля? 73
41. Виды сканирования объектов. Шаг и скорость сканирования. 76
42. Особенности повышения чувствительности эхо-метода при высоком уровне помех. 78
43. Помехи при эхо-методе контроля и способы их уменьшения. 79
44. Способы определения координат и оценка размеров и формы дефектов при эхо-методе контроля. 81
45. Теневой метод контроля. Физические основы метода. Оценка изменения уровня сигнала в зависимости от величины дефекта и параметров объекта контроля. 84
46. Особенности аппаратуры для реализации теневых методов контроля. Помехи при теневом контроле и способы их уменьшения. 85
47. На чем основаны временной теневой и дифракционно-временной методы контроля, их возможности? 88
48. Зеркально-теневой метод контроля. Схемы прозвучивания. Оценка результатов контроля. 89
49. Измеряемые характеристики и признаки дефектов. 91
50. Схемы измерения условных размеров дефектов. Погрешности измерения условных размеров. Какие существуют способы задания крайних положений преобразователя при измерении дефектов? 92
51. Методы распознавания типа дефектов (по условным размерам, по коэффициенту формы). 95
52. Методы распознавания типа дефектов (по параметрам трансформированных и дифрагированных волн). 96
53. Стандартные образцы СО-1, СО-2, СО-3, используемые при настройке аппаратуры. 97
54. Стандартные образцы предприятия (СОП), их особенности и виды отражателей. 98
Модуль 4 99
55. Физический смысл появления акустической эмиссии. Источники появления волн акустической эмиссии и основные параметры АЭ. 99
56. Акустическая эмиссия при деформации материалов и многократном нагружении. Какие требования предъявляются к аппаратуре и преобразователям при контроле методом АЭ? 101
57. Приведите примеры практического применения метода АЭ. Какие преимущества имеет метод АЭ по сравнению с другими? 103
58. Методика определения местоположения дефектов по сигналам АЭ. Число каналов и топология расположения преобразователей при контроля АЭ-методом? 105
59. Методика проведения АЭ-контроля:требования к аппаратуре и условиям проведения контроля, подготовка объекта к контролю, подготовка аппаратуры. 107
60. Принцип действия ультразвукового эхо-импульсного толщиномера. Виды акустических трактов при контроле толщин изделий? 110
61. Виды погрешностей при измерениях толщины. Контрольные образцы. 111
62. Ограничивающие параметры объекта контроля при эхо-импульсной толщинометрии. От каких факторов зависит диапазон измерений в толщиномерах? 113
63. Методика проведения толщинометрии реальных объектов. 114
64. Особенности акустического контроля неметаллических и композиционных многослойных конструкций. Дефекты соединений. 115
65. Сущность, аппаратура и область применения интегральных и локальных методов свободных колебаний. 116
66. Импедансный метод контроля. Основы метода, аппаратура, возможности и область применения. 117
67. Велосимметрический метод контроля. Основы методов, аппаратура, возможности и область применения. 118
68. Акустический контроль физико-механических характеристик материалов (твердость и прочность материалов). Особенности методики и аппаратуры. 119
69. Особенности контроля прочности бетона и структуры чугуна. 121
70. Акустический контроль поверхностных характеристик материалов (шероховатость, поверхностно упрочненные слои). 122
71. Контроль стыковых сварных соединений листовых конструкций и труб. 123
1 Модуль
Назовите основные величины, характеризующие акустические волны и поясните их физический смысл и взаимосвязь.
Акустические колебания - это механические колебания частиц упругой среды, а волны - распространение в этой среде механического возмущения. В жидкостях и газах акустические волны характеризуются одной из следующих величин:
а) акустическим давлением р (изменением давления);
б) смещением u частиц среды из положения равновесия;
в) скоростью колебательного движения частиц среды v;
г) потенциалом смещения или колебательной скорости .
Взаимосвязь перечисленных величин определяется зависимостями
(2.1)
(2.2)
(2.3)
где - плотность среды; t - время.
Физический смысл тензора деформаций и тензора напряжений. Закон Гука, его физический смысл.
Твердые тела отличаются от жидкостей тем, что при деформациях в них возникают не только давления, но и сдвиговые упругие напряжения. Если частота механических колебаний не превосходит десятков гигагерц, то твердое тело можно рассматривать как непрерывную среду, пренебрегая микроскопической структурой вещества. Под воздействием сил, приложенных к твердому телу, последнее деформируется. Это означает, что расстояние между точками тела в этом случае несколько отличается от расстояний между теми же точками в отсутствие сил. Таким образом для описания деформированного состояния тела достаточно задать для каждой точки вектор смещения u.
Рис.2.1.
Для определения деформации рассмотрим брус, подвергнутый растяжению так, как показано на рис.2.1. В этом случае вектор u имеет только одну координатную составляющую ux, которая зависит от x. Таким образом, для описания степени деформации, возникающей при растяжении в направлении оси x, в каждой точке задается значение частной производной ux/x. Поскольку возможны растяжения и в направлении осей y и z, в общем случае можно описать деформацию типа растяжение, задав следующие величины:
Кроме деформации растяжения возможна также деформация сдвига, при которой отдельные слои твердого тела скользят относительно друг друга. В данном случае (рис.2.2) смещение каждой частицы тела в направлении оси x зависит от координаты y, а в направлении оси y от координаты x. При этом деформация сдвига определяется следующим образом
Рис.2.2.
В общем случае, когда присутствуют все виды деформации, состояние тела определяется заданием в каждой точке девяти чисел
Они образуют компоненты тензора деформации. Поскольку этот тензор симметричен, то различных чисел здесь только шесть. В общем виде элемент тензора удобно записать в виде
(2.4)
где i, j - x, y, z.
Тензор деформации является безразмерной величиной. Численные значения Sij для различных материалов изменяются в широких пределах. Например для резины реально достижимы значения порядка единиц, а для более жестких материалов значение Sij достигает 10-4 и ограничивается остаточной деформацией или разрушением.
В области линейной деформации упругие тела после устранения внешних сил, вызвавших деформацию, возвращаются в первоначальное состояние. Такой переход происходит под действием некоторых внутренних сил, возникающих в деформированном теле. Эти силы, отнесенные к единице поверхности, называются внутренними напряжениями. Чтобы определить напряжения в произвольной точке, выделим в окрестности этой точки бесконечно малый куб (рис.2.3). Действие окружающего пространства на этот куб можно описать, задав на его гранях вектор поверхностной силы, т.е. силы, отнесенной к единице площади. Тогда сила, действующая на грань с внешней нормалью Tx, равна
где Txx, Tyx, Tzx - координатные составляющие этой силы.
Рис.2.3.
Данное представление учитывает тот факт, что нормальная и тангенциальные составляющие силы вызывают различные виды деформации. По аналогии получим
Силы на остальных гранях определяются из условия равновесия, поэтому для описания напряженного состояния вещества достаточно задать девять чисел, которые можно записать в форме матрицы
(2.5)
Полученное выражение есть тензор второго ранга, который называется тензором напряжений и имеет размерность Н/м2.
В связи с тем, что тело находится в равновесии нормальные компоненты равны и выполняется условие
Такой тензор называют симметричным. В жидкостях и газах тангенциальные компоненты отсутствуют, а нормальные равны между собой. Давление считается положительным, когда оно сжимающее, и отрицательным, когда растягивающее (напряжение в этом случае положительное).
Согласно закону Гука для изотропного тела можно записать уравнения, связывающие компоненты тензоров Tij и Sij
(2.6)
где S=Sxx+Syy+Szz - изменение единицы объема; и - упругие постоянные или компоненты Ламе. Выражение (2.6) называется обобщенной формой закона Гука. Вместо постоянных и можно использовать модуль упругости E и модуль сдвига G или E и коэффициент Пуассона .