超声检测物理基础第二章8课件

1、声学检测技术声学检测技术 2.8超声波倾斜入射到界面时的反射和折射声波在界面处的传播特性： 波型转换、能量重新分配、传播方向重新确定; 在两种固体介质的分界面上，产生两种波: 反射波：返回到原来介质中的波 反射波中有纵波、横波 折射波：透射到另一种介质中的波 折射波中有纵波、横波 研究内容： 反射波的类型和角度，折射波的类型和角度。反射波和折射波的大小、方向不仅与两种介质的特性阻抗有关，而且与声波的入射角有关。 第二章超声检测的物理基础 一、任意方向传播的波沿空间任意方向传播的平面波的表达式为沿X方向传播的平面波简化为波矢量位置矢量 第八节超声波倾斜入射到界面 空间任意一点（x,y,z）的质点

2、振动速度表达式为 第八节超声波倾斜入射到界面 二、液体空气界面边界特点 在空气中，密度极小，忽略不计，并且对于高频超声，在空气中很难传播，特性阻抗等于0由声学边界条件： 得到声压为0 速度可取任意值 此时的边界称为自由边界 如海面 第八节超声波倾斜入射到界面 根据边界条件， 即在x=0处有 对任何Y值都成立，必要条件是各项的指数因子相等，相位变化等于0或 可以推得：反射角等于入射角 反射波与入射波之间存在相位差在液体中，入射波和反射波叠加形成干涉波. 第八节超声波倾斜入射到界面 三、液体液体界面 声波入射到两种液体的界面,将产生一个反射波和一个折射波。应用声学边界条件： 声压连续,质点法向振动

3、速度连续 第八节超声波倾斜入射到界面 液体1液体2在液体2中,仅有折射波，传播方向与x轴夹角为与y轴夹角为与z轴夹角为 第八节超声波倾斜入射到界面 应用声学边界条件： 在x=0处，声压连续,质点振动速度连续， 有在x=0平面上任意y值都成立，必要条件是各项的指数因子相等，即解得Snell定律 第八节超声波倾斜入射到界面 声压反射率r、折射率t声强反射率R、声强折射T 此时，平均声能量流（平均声功率）是守恒的。 第八节超声波倾斜入射到界面 2、全透射 定义：由此推出入射角为只有才会发生全透射。 第八节超声波倾斜入射到界面 3、掠入射 当声波以 入射时称为掠入射。由此推出4、垂直透射 如果 对任意

4、的入射角，都有折射角为零，即折射波总是垂直于分界面。 第八节超声波倾斜入射到界面 可以推得 在这种界面上，有纵波反射系数、纵波折射系数和横波折射系数。 纵波折射系数为 第八节超声波倾斜入射到界面 五、固体固体界面 在这种界面上，反射波和折射波中均有纵波和横波存在。声学边界条件： 位移和应力连续 即 法向位移连续 切向位移连续 法向应力连续 切向应力连续 第八节超声波倾斜入射到界面 纵波入射可以推得几个角度第一临界角 当 所对应的纵波入射角。 此时第二介质中只有横波 第八节超声波倾斜入射到界面 第二临界角当 所对应的纵波入射角称为第二临界角讨论1）当 第二种介质中既有纵波又有横波2） 第二种介质中只有横波3)当 第二种介质中无波,在介质的表面有一种波。表面波： 第八节超声波倾斜入射到界面 横波入射可以推得第三临界角由于 有 所对应的横波入射角称为第三临界角 第八节超声波倾斜入射到界面 六、声波斜入射时的声压反射率结论： 斜入射的反射率和透射率与两种介质的特性阻抗、声波的速度和入射角有关。 在超声检测中，关注的是反射率和透射率随入射角的变化。讨论钢-空气界面上的反射率和透射率 第八节超声波倾斜入射到界面 横波入射横波反射声压在30度附近达到最小 第八节超声波倾斜入射到界