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• 物质的弹性模型
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弹性介质：这种质点间以弹性力联系在一 起的介质称为弹性介质。一般固体、液体、 气体都可视为弹性介质。
机械波的产生：弹性介质中的一个质点的 振动就会引起邻近质点的振动，邻近质点 的振动又会引起较远质点的振动，于是振 动就以一定的速度由近及远地向各个方向 传播开来，从而就形成了机械波。
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机械波：是机械振动在弹性介质中的传播过程. 机械波必须具备以下两个条件: 1）要有作机械振动的波源； 2）能传播机械振动的弹性介质。
– 振动与波动是互相关联的，振动是产生波动的根源， 波动是振动状态的传播。波动中介质各质点并不随 波前进，只是以交变的振动速度在各自的平衡位置 附近往复运动。
– 波动是振动状态的传播过程，也是振动能量的传播 过程。这种能量的传播，不是靠质点的迁移来实现 的，而是由各质点的位移连续变化来逐渐传播出去 的。
当介质质点受到交变正应力作用时，质点之间 产生相应的伸缩形变，从而形成纵波。这时介质 质点疏密相间，故纵波又称为压缩波或疏密波。
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凡能承受拉伸或压缩应力的介质都能传播纵 波。所以，纵波可以在固体、液体和气体中传 播。
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横波：介质中质点的振动方向和波的传播方向垂直。 用T 表示
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常规无损检测方法
• 五大常规无损检测 • 射线检测（RT） • 超声检测（UT） • 磁粉检测（MT） • 渗透检测（PT） • 涡流检测（ET） • 磁粉、渗透和涡流统称为表面检测。 •
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第二章 超声波检测的物理基础
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超声波是一种机械波，是机械振动在介质中 的传播。
该章主要涉及几何声学和物理声学的基本定律
– 振幅A 振动物体离开平衡位置的最大距离。
T 1 f
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简谐振动
物体在受到大小跟位移成正比而方向恒 相反的合外力作用下的运动
简谐振动动能和势能相互转化，总机 械能守恒。
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质点谐振动等效图
图1.1 质点谐振动参考图
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• 简谐振动方程 质点的水平位移和时间t的关系式：
y=Acos(ωt+φ) 其中：A：振幅，最大水平位移
超声检测
董金华
IBCC 160816
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第一章 概论
• 1.1 无损检测的定义 无损检测技术(Non-Destructive Testing,简称NDT) 是第 二次世界大战后迅速发展起来的一门新兴的、多学科综合 应用的工程科学。
• 此项技术是在不改变及损伤被检对象的各种性能(其中包 括物理性能、化学性能、几何形状、 表面状态 等)的前提 下，采用多种适用的方法对被检对象进行检测，以确定其 质量，即确定该被检对象的实际使用性能是否能满足事先 设计的需要，以及确定其某些特性，如几何尺寸、所使用 的材料、表面状况、均匀性、密度等。
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适用频率
• 超声波探伤常用的频率为 0.5MHz~10MHz。 • 对钢等金属材料的检验，常用的频率为
1~5MHz。
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§2 波的类型
1、根据质点的振动方向分类
根据波动传播时介质质点的振动方向相对于波 的传播方向的不同,可将波动分为纵波、横波、 表面波和板波等.
纵波：介质中质点的振动方向和波的传播方向平 行。用 L 表示，又称压缩波或疏密波。
全振动：我们把从某一震动状态出发，又回到该震动状态所 发生的震动称为一次全震动。
回复力：能够使震动物体回到平衡位置的力。
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振动的表示：可用周期和频率表示振动的快慢； 用振幅表示振动的强弱。
– 周期T 振动物体完成一次全振动所需要的时间, 称为振动周期.单位：秒（S）
– 频率f 振动特物体在单位时间内完成全振动的 次数,称为振动频率.单位：赫兹（Hz）
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• 机械波的主要物理量 波长 ：λ 单位：mm、m 同一波线上相邻两振动相位相同的质点间的距 离.或者说：沿着波的传播方向，两个相邻的同相 位质点间的距离。
• 频率 ：f 单位：赫兹（Hz） 波动过程中,任一给定点在1秒钟内所通过的完
整波的个数. • 波速 ：C 单位：m/s km/s
波动中,波在单位时间内所传播的距离称为波速.
和概念。 几何声学：反射定律、折射定律、波形转换。 物理声学：波的叠加、干涉、衍射等
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§1 振动与波动
• §1－1振动物体(或源自体一部分）在某一中心位置两侧所做的往复周期 性的运动,称为机械振动，常常简称为震动。 振动产生的必要条件： 一是，物体一旦离开平衡位置，就会受到回复力的作用；二是阻 力足够小。
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• 受迫振动
– 由于振动系统内部的阻尼作用，能量逐渐消耗， 因初始激发引起的自由振动，将因为能量逐渐 损耗，振动逐渐减弱，以至运动停止。要维持 振动必须由另一系统不断给以激发，即不断地 补充能量，这种由外加作用维持的振动，称为 强迫振动。 (不符合机械能守恒)
y=Acos(Pt+φ)
其中：A：振幅，最大水平位移
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C= λf 或λ=C/f
波长与波速成正比，与频率成反比。 当频率一定时，波速愈大，波长就愈长； 当波速一定时，频率愈低，波长就愈长。
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声波的种类
• 超声波是声波的一种，广泛地应用于无损 检测中。声波是在弹性介质中传播的机械 波，其种类按频率范围可以分为三类：
• 次声波频率在20Hz以下，人耳听不到； • 声波在20Hz～20KHz之间，人耳可闻； • 超声波在20KHz以上，人耳不可闻。
ω：圆频率， ω=2πf=2π / T φ：初相位，即t=0时质点的相位 ωt+φ：质点在t时刻的相位 简谐振动方程描述了谐振动物体在任意 时刻的位移情况。
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• 阻尼振动
– 在机械系统振动时，由于受到摩擦力或其他阻 力的作用，系统的能量会不断损耗，质量振动 的振幅逐渐减小，以至于振动停止。所以，阻 尼振动是一个比较普遍情况，也称为衰减振动。 (不符合机械能守恒)
P：策动力的圆频率T
φ：初相位
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• §1－2波动
振动的传播过程，成为波动。
波动分为机械波和电磁波两大类。
机械波是机械振动在弹性介质中的传播过程。如 水波、声波、超声波等。
电磁波是交变电磁场在空间的传播过程。如无线 电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线 等。
超声波是机械波，因此下面只讨论机械波。