Теоретические и экспериментальные значения коэффициентов

поглощения, с²/см

Cреда
Н2О	8,5	0,0064	8,5
Воздух

Порядок теоретических и экспериментальных значений совпадает, наблюдаемые же расхождения обусловлены молекулярными релаксационными явлениями в среде. Для жидкой и газообразной гомогенной среды этими явлениями в расчетах пренебрегают.

Затухание в твердых телах.В твердых телах коэффициент затухания должен быть определен отдельно для продольной и поперечной волн:

– коэффициент затухания для продольной волны;

– коэффициент затухания для поперечной волны.

Большинство объектов неразрушающего контроля – поликристаллические твердые среды. При распространении акустических волн в таких средах происходит отражение, преломление и трансформация на границах зерен и неоднородностях структуры. Таким образом, затухание обусловлено как поглощением, так и рассеянием энергии. Коэффициент затухания в этом случае складывается из двух компонентов: коэффициента рассеяния и коэффициента поглощения .

В твердых телах поглощение может быть вызвано:

- внутренним трением (в этом случае пропорционален частоте );

- теплопроводностью ( пропорционален квадрату частоты );

- упругими эффектами ( пропорционален частоте ).

В зависимости от того, какие потери доминируют в среде, коэффициент поглощения пропорционален частоте либо квадрату частоты. Коэффициент поглощения для поперечных волн обычно меньше, чем для продольных: т.к поперечные волны не связаны с адиабатическими изменениями объема, при которых появляются потери на теплопроводность.

Рассеяние в твердых телах.Реальные твердые тела микронеоднородны. Каждое зерно поликристаллического тела представляет собой микрокристалл, обладающий анизотропией. В кристалле упругие модули различаются в зависимости от выбранного кристаллографического направления, поэтому различаются и скорости распространения волн в разных направлениях. Так как кристаллиты в поликристаллическом теле ориентированы хаотически друг относительно друга, то на границах зерен при распространении колебаний происходит частичное отражение, преломление и трансформация волн.

Следствием упругой анизотропии является рассеяние акустических волн. Преломление и трансформация приводят к рассеянию энергии волн в среде. Коэффициент рассеяния зависит от размера зерна и упругой анизотропии в материалах. Качественно зависимость коэффициента затухания от размера зерна представлена на рис. 1.3.

Коэффициент затухания в среде можно рассчитать по формуле

, (1.55)

здесь – коэффициент поглощения; – коэффициент рассеяния; – частота; и – коэффициенты пропорциональности; – средний диаметр зерна в твердом теле. Для конкретных материалов существуют специальные таблицы для определения коэффициентов и .

Рис. 1.3. Зависимость коэффициента затухания от среднего размера зерна Dср: область 1 – длина волны много больше среднего диаметра зерна (преобладают процессы поглощения); область 2 – длина волны сравнима со средним диаметром зерна (преобладают процессы рассеяния); область 3 – длина волны много меньше среднего диаметра зерна (преобладают процессы поглощения, так как при увеличении размеров зерен уменьшается их эффективная поверхность, и, в предельном случае, материал становится монокристаллическим)

Сводка акустических свойств некоторых практически важных материалов представлена в табл.3.

Т а б л и ц а 3