9. Назовите основные акустические характеристики сред. Поясните механизм затухания акустических волн.

К основным характеристикам можно отнести:

Удельное волновое сопротивление среды (характеристический импеданс). Представляет собой отношение акустического давления к колебательной скорости в бегущей волне:

Коэффициент затухания – характеризует ослабление волны в следствие необратимых потерь при ее распространении в среде. Коэффициент затухания складывается из коэффициента поглащения и коэффициента рассеяния.Коэффициент затухания cреды определяется расстоянием, на котором амплитуда плоской волны уменьшается в е раз, и представляет собой сумму коэффициентов поглощения _п и рассеяния _p:

Распространение акустических волн в реальных средах сопровождается ослаблением или затуханием волн, т.е. уменьшением амплитуды и, следовательно, интенсивности волны по мере ее распространения. Затухание звука является важным свойством сред и обусловлено рядом причин. Основными из них являются: убывание амплитуды волны с расстоянием от источника из-за геометрического расхождения волн; рассеяние на неоднородностях cреды, в результате чего уменьшается поток энергии в первоначальном направлении; необратимый переход энергии волны в другие формы, в частности в тепло, т.е. поглощение звука.

10. Как зависит коэффициент затухания от структуры среды и от частоты колебаний? Какое значение придается затуханию волн в акустическом контроле?

Для практики контроля изделий изложенные результаты можно обобщить в следующем упрощенном виде:

- рассеяние в каком-либо веществе быстро увеличивается с увеличением размера зерна или уменьшением длины волны звука, если размеры зерна сопоставимы с 1/10 длины волны или несколько больше. Однако существенные помехи при этом возникают только в том случае, если материал располагается до­статочно далеко вправо в ряду анизотропии;

- в сложных структурах за размер зерна при этом следует принимать размер наибольшего встречающегося элемента структуры, т.е. средний размер зерна;

- литая структура даже при том же размере зерна создает более сильное ослабление звука, чем деформированная;

- затухание можно существенно ослабить переходом на более низкие частоты, однако такой путь перспективен только тогда, когда наименьшие выявляемые дефекты все же еще на­много больше размера зерна или же коэффициент отражения от дефектов велик по сравнению с коэффициентом рассеяния в структуре.

Истинное поглощение в кристаллах по новым представлениям объяс­няется колебаниями дислокаций в решетках, поглощающими много энергии, а также взаимодействиями в самой кристаллической решетке. Эта теория объясняет также увеличение затухания при нагружении на сжатие или растяжение и усталость материалов.

11. Механизм затухания волн в различных средах. Поглощение и рассеяние волн.

Рассеяние обусловливается тем, что материал не является строго однородным. В нем имеются граничные поверхности, на которых звуковое сопротивление внезапно изменяется, поскольку там соприкасаются по сути два вещества с различной плотностью или скоростью звука. Такими неоднородностями могут быть, во-первых, просто посторонние включения, например не­металлические включения в поковках или поры. Во-вторых, ими могут быть собственно дефекты материала — естественные или намеренно полученные, как пористость в материалах, изготовленных методами порошковой металлургии. Однако возможны и материалы, неоднородные по самой своей природе, например литейный чугун, который представляет собой конгломерат зерен феррита и графита, совершенно различных по своим упругим свойствам. В других случаях кристаллиты различной структуры и разного химического состава как бы пронизывают друг друга, как в латуни и сталях. Но даже если материал состоит только из кристаллов одного вида, он может быть неоднородным для ультразвуковых волн, если зерна расположены беспорядочно, поскольку отдельные кристаллы всегда имеют различные упругие свойства в различных направлениях, а следовательно, и разные скорости звука. Такие материалы назы­вают анизотропными. Упругая анизотропия является обязательным свойством металлов; только у разных металлов она проявляется более или менее резко.

Вторая составляющая ослабления — поглощение — представляет собой непосредственное преобразование звуковой энергии в тепло, что может быть обусловлено многочисленными различными процессами, рассмотрение которых здесь невозможно. Наглядно можно представить их как своего рода торможение колебаний частиц, вследствие чего понятно, что при быстрых колебаниях должно теряться больше энергии, чем при медленных. Поэтому поглощение, как правило, усиливается пропорционально частоте, т. е. много медленнее, чем рассеяние. В чистых газах и жидкостях рассеяние отсутствует и затухание определяется только поглощением. При этом коэффициент поглощения пропорционален квадрату частоты. Поэтому поглощение звука в газах и жидкостях характеризуют величиной . Эта величина, как правило, в жидкостях меньше, чем в газах, а в твердых телах меньше, чем в жидкостях.