Лабораторная работа № 2 Определение характеристик продольных и сдвиговых ультразвуковых волн

Цель: изучить характерные особенности продольных и сдвиговых ультразвуковых волн.

Наглядные пособия: плакаты.

Порядок выполнения:

1. Характеристики ультразвуковых колебаний

2. Продольные волны

3. Поперечные (сдвиговые) волны

4. Вывод

1. Характеристики ультразвуковых колебаний

Ультразвуковая дефектоскопия для обнаружения де­фектов исполь­зует упругие колебания и волны. Акусти­ческие ко­лебания – это __________________________________________________________ ____________________________________________, а акустические волны – это _______________________________________________ __________________________________________________________.

Во всех отечественных дефектоскопах для обнаруже­ния дефектов в рельсах используют ультразвуковые ко­лебания частотой _____ МГц.

Упругие волны могут возникать в любой среде:

1. твердой (металлы, органическое стекло, грунт);

2. жидкой (вода, масло, спирт и т. д.);

3. газообразной (воздух).

Основное свойство упругих волн состоит в том, что в вол­не осуществляется перенос энергии без переноса ве­щества. Они характеризуются следующими па­раметрами:

1. длиной волны λ, м,;

2. частотой f, Гц;

3. скоростью распространения с, м/с.

Они связаны между собой простым соотношением:

λ = c / f .

В зависимости от упругих свойств среды в ней могут воз­никать упругие волны различных видов, отличающи­еся направлением смещения колеблющихся части­чек. В связи с этим различают:

1. продольные;

2. сдвиговые (или поперечные);

3. поверхностные;

4. нормальные и другие волны.

2. Продольные волны

Если колебания частичек среды совпадают с направ­лением распространения волны, то волна называется про­дольной (рис. 2). Такая волна может быть возбужде­на в твердом теле, жидкой и газообразной средах.

Для некоторых материалов с_l равна:

1. в стали (в металле рельса) 5900 м/с;

2. в воде 1450 м/с;

3. в органическом стекле 2670 м/с;

4. в воздухе (при температуре 0°С) 331 м/с.

Длина ультразвуковой продольной волны в металле же­лезнодо­рожного рельса λ = ____________ мм.

3. Поперечные (сдвиговые) волны

Если колебания частичек среды перпендикулярны направ­лению распространения волны, то такая волна называется поперечной (сдвиговой) (рис. 3). Она мо­жет быть воз­буждена только в твердом теле, которое спо­собно упруго сопротивляться деформации сдвига.

Обычно в металлах скорость поперечной волны при­мерно в два раза меньше, чем скорость продольной волны:

с_t = 0,55 · с_l

Длина ультразвуковой поперечной волны в металле же­лезнодо­рожного рельса λ = ___________ мм.

4. Вывод

__________________________________________________________ __________________________________________________________.

Лабораторная работа № 3

Совершенствование знаний в изучении природы пьезоэффекта

Цель: изучить характерные особенности природы пьезоэффекта

Наглядные пособия: плакаты, дефектоскоп

Порядок выполнения:

1. Понятие о пьезоэффекте

2. Понятие о резонансе

3. Понятие о добротности

4. Понятие о направленности

5. Вывод

1. Понятие о пьезоэффекте

Для получения ультразвука применяют _______________________ _________________________________________________ и другие преобразователи. В большинстве средств рельсо­вой дефектоскопии возбуждение и прием ультра­звуковых колебаний осуществляются с применением пьезоэлектри­ческих преобразователей (ПЭП).

В основу действия ПЭП как излучателей ультразвуковых механи­чес­ких колебаний заложено явление обратного пьезоэффекта. Сущ­ность его следующая. Если на проти­воположные поверхности пла­тины из материала со спо­собностями пьезоэффекта подавать знако­переменные электрические сигналы, то пластина будет совершать __________________________________________________________. Пьезоэлектрический преобразователь как приемник действует на основе прямого пьезоэффекта. При воздейст­вии на пьезопластину механических колебаний с электро­дов на ее поверхностях снима­ются электрические сигналы с частотой, равной частоте механичес­ких колебаний.

Одна и та же пьезопластина может действовать в режимах излучения и приема ультразвуковых колебаний (УЗК).

Наибольшее распространение получили пьезоэлектричес­кие преоб­разователи, в которых пьезопластины изготов­лены из ___________ _______________ или пьезокристаллических материалов – титаната бария, цирконата-титаната свинца и других материалов. В конст­рукциях ПЭП рельсовых де­фектоскопов пьезопластины (вставки, резонаторы) чаще всего изготовляются из цирконата-титаната свин­ца марки 19 (ЦТС-19).