Некоторые лабы по акустике (лаб1)

Посмотреть архив целиком

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)









Кафедра ЭИ









Лабораторная работа №1

ИЗУЧЕНИЕ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН.









Выполнил студент

.

Проверил преподаватель

Петрусь А. А.












2005

Цель работы


1. Ознакомление с методикой измерения скорости распространения различных типов акустических волн в твердом теле.

2. Овладение навыками работы с ультразвуковым импульсным дефектоскопом.


Домашнее задание


1. Используя данные в табл.1.1 значения скорости распространения продольных CL , поперечных CT и поверхностных CS волн для алюминия, стали, латуни и оргстекла, рассчитать углы преломления L и T в алюминии, стали и латуни для преобразователя с призмой из оргстекла ( = 400 ). Рассчитать углы падения ультразвуковых колебаний (УЗК) в оргстекле при которых в перечисленных металлах возникают поверхностные волны. Результаты записать в табл. 1.1.


L



T




L = arcsinL2 / СL1sin()), T = arcsinT2 / СL1sin()).

Поверхностная волна возбуждается при s = arcsinL1 / СS2).


Таблица 1.1


Скорость волн

L

T

Материал

СL

CT

CS






103 м/c


Градусы

Оргстекло

2,64

1,12

1,05

-

-

-

Алюминий

6,26

3,08

2,80

-

63,34

70,54

Сталь

5,90

3,22

2,79

-

69,12

71,13

Латунь

4,43

2,12

1,95

-

37,96

-


2. По номограммам (рис.1.2 и 1.3) рассчитать значение фазовых и групповых скоростей для стального образца (коэффициент Пуассона = 0,27) толщиной h=2мм, для частоты f = 2,5МГц. Вычислить углы падения, при которых возбуждаются эти моды. Результаты расчетов записать в табл.1.2

Номограмма для расчета Номограмма для

фазовых скоростей волн Лэмба расчета групповых скоростей

волн Лэмба

= arcsin (СL1 / СФ2)

Таблица1.2


Значение параметра

f.h/CT

Возбуж-даемые

моды

Фазовые

скорости,

Сф, м/с

Групповые

скорости,

Сгр, м/с

, град

Расчет


1.55

a0

s0

a1

s1

2898

2898

4025

5474

3220

2898

2254

4186

64

64

39

28


Рабочее задание


1. Подключить к дефектоскопу преобразователь для ввода УЗК в образец по нормали к его верхней поверхности. Получить донный сигнал на стальном образце с известными параметрами и настроить глубиномерное устройство дефектоскопа.

Глубиномер прибора настраивают по образцу, скорость продольных волн в котором cl = 5,9е3 м/с.


2. Измерить скорости продольных волн в представленных образцах. Используя результаты эксперимента, определить материал образца.

Прежде чем начать измерения поперечных волн, необходимо выделить импульс, отраженный от ребра двугранного угла среди других импульсов на экране. Этот импульс будет менять свою амплитуду, если нажимать на угол пальцем, смоченным в масле. Необходимо перемещать преобразователь по поверхности образца, добиваясь максимальной амплитуды этого импульса.

Путь ультразвука в образце измеряют как расстояние от точки ввода до ребра (рис. 1.1).

Рис.1.1. Отражение акустической волны от прямого двугранного угла.


Образец №1:

Показания прибора 80 мм - скорость в стали 5.9е3 м/с,

Измерение линейкой 87 мм – скорость в образце сl.

Отсюда сl = 87*5.9е3/80 = 6.4е3 м/с.

Близко к дюралюминию или алюминию.

Образец №2:

Показания прибора 142 мм- скорость в стали 5.9е3 м/с,

Измерение линейкой 62 мм – скорость в образце сl.

Отсюда сl = 62*5.9е3/142 = 2.5е3 м/с.

Близко к оргстеклу.

3. С помощью преобразователя возбудить поперечные волны в образцах п.2. Получить эхосигнал от двугранного угла (рис.1.1) и измерить скорости поперечных волн.

Использовался преобразователь с углом призмы 50о.


Показания прибора 31 мм - скорость в стали 5.9е3 м/с,

Измерение линейкой 15.5 мм – скорость в образце сt.

Отсюда сt = 15.5*5.9е3/31 = 2.95е3 м/с.


4. Измерить углы преломления поперечных волн в образцах и сопоставить с рассчитанными по формуле синусов.

Измерили линейкой lx = 13 см, ly = 8.7 см. Отсюда:

угол преломления T (рис. 1.1) определим из формулы

= arctg(13/8.7) = 56 о.

Для оргстекла с = 2.5е3 м/с. По закону синусов:

sin 50 / 2.5 = sin α / 3. Тогда α = arcsin(2.95/2.5*sin 50) = 65 о.


5. Возбудить поверхностные волны в предоставленном образце с помощью преобразователя с переменным углом ввода УЗК в изделие. Определить их скорость.


Для возбуждения поверхностной волны следует использовать преобразователь с переменным углом ввода УЗК. Импульсы сигналов, связанные с поверхностными волнами, отличаются тем, что они уменьшаются при нажатии пальцем, смоченным в масле, на поверхность перед преобразователем. По максимуму импульса, соответствующего отражению от ребра образца, следует скорректировать угол ввода УЗК. Капли масла на поверхности могут вызвать отражение ультразвуковой волны, поэтому поверхность образца должна быть чистой при проведении всех измерений.

Для того чтобы избежать расчета времени пробега импульса в призме при определении CS, измерение скорости поверхностной волны проводят на двух базах L1 и L2.


Угол ввода 66 о.

Показания прибора: расстояние x1 = 32 см, x2 = 27 см. ∆x = 32 – 27 = 5 см.

Измерили линейкой: L1 = 10.5 см, L2 = 8.1 см. ∆L = 10.5 – 8.1 = 2.4 см.

x = 5 см - скорость в стали 5.9е3 м/с,

L = 2.4 см – скорость в образце сs.

Отсюда сs = 2.4*5.9е3/5 = 2.8е3 м/с.


6. Возбудить в образце-пластине все возможные моды волн Лэмба. Определить их фазовую и групповую скорости. Результаты занести в таблицу.


Волны Лэмба в пластинах возбуждают, как и поверхностные волны, с помощью призматического преобразователя с переменным углом ввода УЗК. Фазовую скорость (скорость распространения фазы волны вдоль пластины) волны Лэмба CФ рассчитывают из закона синусов по известному углу ввода и скорости продольных волн в призме Спр:

. Групповую скорость СГР измеряют по способу, рекомендованному в п. 5.


1) Угол ввода α1 = 66.

cф1 = сl1 / sin α1 = 2.5e3 / sin 66 = 2.7е3 м/с.

Показания прибора: расстояние x1 = 37.5 см, x2 = 29 см. ∆x = 8.5 см.

Измерили линейкой: L1 = 14.7 см, L2 = 10.3 см. ∆L = 4.4 см.

x = 8.5 см - скорость в стали 5.9е3 м/с,

L = 4.4 см – скорость в образце сгр1.

Отсюда сгр1 = 4.4*5.9е3/8.5 = 3.05е3 м/с.

2) Угол ввода α2 = 60.

cф2 = сl2 / sin α2 = 2.5e3 / sin 60 = 2.9е3 м/с.

Показания прибора: расстояние x1 = 47 см, x2 = 35 см. ∆x = 8 см.

Измерили линейкой: L1 = 15 см, L2 = 10 см. ∆L = 5 см.

x = 8 см - скорость в стали 5.9е3 м/с,

L = 5 см – скорость в образце сгр2.

Отсюда сгр2 = 5*5.9е3/8 = 3.69е3 м/с.

3) Угол ввода α3 = 30.

cф3 = сl3 / sin α3 = 2.5e3 / sin 30 = 5е3 м/с.

Показания прибора: расстояние x1 = 35 см, x2 = 28 см. ∆x = 7 см.

Измерили линейкой: L1 = 15 см, L2 = 10.7 см. ∆L = 4.3 см.

x = 7 см - скорость в стали 5.9е3 м/с,

L = 4.3 см – скорость в образце сгр3.

Отсюда сгр3 = 4.3*5.9е3/7 = 3.62е3 м/с.

4) Угол ввода α4 = 10.

cф4 = сl4 / sin α4 = 2.5e3 / sin 10 = 14.45е3 м/с.

Показания прибора: расстояние x1 = 42 см, x2 = 29.5 см. ∆x = 12.5 см.

Измерили линейкой: L1 = 15.1 см, L2 = 9.6 см. ∆L = 5.5 см.

x = 12.5 см - скорость в стали 5.9е3 м/с,

L = 5.5 см – скорость в образце сгр4.

Отсюда сгр4 = 5.5*5.9е3/12.5 = 2.6е3 м/с.


Возбуж-даемые

моды

Фазовые

скорости,

Сф, м/с

Групповые

скорости,

Сгр, м/с

, град

Эксперимент

1

2

3

4

2.7e3

2.9e3

5e3

14.45e3

3.05e3

3.69e3

3.62e3

2.6e3

66

60

30

10


5








Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.