Министерство просвещения Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Российский государственный профессионально-педагогический университет» Институт инженерно-педагогического образования Кафедра инжиниринга и профессионального обучения в машиностроении и металлургии ОТЧЕТ о выполнении практической работы «Теоретические аспекты акустического вида неразрушающего контроля» по дисциплине «Методы и средства измерений, испытаний и контроля» образовательной программы профиля «Машиностроение и материалообработка (Инжиниринг обеспечения качества машиностроения)» направления бакалавриата 44.03.04 Профессиональное обучение (по отраслям) (вариант _8_) Выполнил обучающийся группы Пу-311С МС шифр группы Чухланцев С.Е. Фамилия И.О. обучающегося дата сдачи отчёта Проверил доцент кафедры ИММ должность преподавателя Бухаленков В.В. Фамилия И.О. преподавателя В.В. Бухаленков Оценка оценка дата Екатеринбург 2022 подпись преподавателя Вариант 1 Задача 1. Определение длины продольной и поперечной ультразвуковых волн в твердых телах при заданной частоте ультразвуковых колебаний Рассчитайте длины продольной λl и поперечной λt ультразвуковых волн в материале, определяемом по номеру варианта* (см. табл. 1) для двух заданных значений частоты ультразвуковых колебаний f1 и f2. Значения скоростей распространения волн в различных материалах возьмите из табл. 4. Таблица 1 - Исходные данные к задаче 1 для 1-го варианта Номера вариантов и заданные пары значений частоты ультразвуковых колебаний, МГц Заданный материал N f1 f2 Алюминий 1 3,2 19,25 Решение: Длина волны находится по уравнению: λ= , где C – скорость волны, м/с (для стали скорость продольной Cl = 6260 м/с, поперечной Ct = 3080 м/с) f – частота, гц Получим для f1 = 1,6Мгц λl = = = 1,956 ∙10-3 м = 1,956 мм λt = = = 0,962 ∙10-3 м = 0,962 мм Получим для f2 = 19,25Мгц λl = = = 0,325 ∙10-3 м = 0,325 мм λt = = = 0,160 ∙10-3 м = 0,16 мм Задача 2. Определение коэффициента отражения ультразвуковых волн от границы раздела двух акустических сред Определите коэффициенты отражения Rl и Rt при прямом падении продольной и поперечной ультразвуковых волн (УЗВ) в контролируемом материале от границы раздела его с дефектом типа несплошности. Сочетание исходных данных – контролируемого материала и вида дефекта – соответствующее Вашему варианту задания, найдите в табл. 2. Необходимые сведения возьмите из справочной табл. 4. Таблица 2 – Исходные данные к задаче 2 для 1-го варианта Двумерный дефект типа несплошности, заполненный веществом: Контролируемый материал вохдух 8 Алюминий Решение: Коэффициент отражения ультразвука на границе раздела двух сред определяется по формуле Рэлея: R= )2 Где z - Акустическое сопротивление Плотность Материал Алюминий Воздух Скорость распространения волны, м/с ρх10-3 , Акустическое сопротивление Zх10-6, кг/(м2х с) сt для продольной волны для поперечной волны 3080 - 16,9 4,27х10-4 8,3 - кг/м3 продольной поперечной сl 2,7 1,29х10-3 6260 331 Получим для продольной волны: Rl = )2 = )2 = 0,999899, Получим для поперечной волны: Rl = )2 = )2 = 1 Задача 3. Определение критических углов наклонного ввода продольной ультразвуковой волны из одного материала (акустической среды) в другой материал (акустическую среду). Используя закон Снеллиуса для случая преломления ультразвуковых волн (УЗВ), найдите значения первого и второго критических углов β кр1 и βкр2 для пары материалов (акустических сред), определяемой с помощью табл. 3 по номеру варианта. Используя транспортир, проиллюстрируйте решение изображением хода направленных пучков УЗВ в средах 1 и 2 при вычисленных значениях критических углов βкр1 и βкр2. Таблица 3 – Исходные данные к задаче 3 для 1-го варианта Материал (среда) №1, из которой вводится продольная УЗВ Материал (среда) №2, в которую вводится УЗВ Алюминий Трансформаторное масло 8 Решение: Значения критических углов ввода можно определить с помощью закона Снеллиуса для акустических явлений, утверждающего постоянство отношений синуса угла между нормалью к поверхности раздела и направлением волны к скорости волны для всех акустических волн: Плотность м/с ρх10-3 , Материал Алюминий Трансформаторное масло = Скорость распространения волны, = кг/(м2х с) сt для продольной волны для поперечной волны 3080 - 16,9 1,43 8,3 - кг/м3 продольной поперечной сl 2,7 0,97 6260 1477 = = Акустическое сопротивление Zх10-6, , (1) где – обозначение продольных волн в среде 1: падающей на поверхность раздела из среды 1 и отражённой в ту же среду 1, cl2 – прошедшая в среду 2 и преломлённая продольная волна, ct1 – отражённая от границы раздела в среду 1 поперечная волна, ct2 – прошедшая в среду 2 и преломлённая поперечная волна, β – обозначение текущего значения угла падения продольной волны из среды 1 на границу раздела акустических сред, βl и βt – обозначение углов отражения для продольной и поперечной волн в среде 1, αl2 и αt2 – обозначение углов преломления для продольной и поперечной волн в среде 2. Приведённые обозначения наглядно проиллюстрированы на рисунке 1. При cl1 < cl2 увеличение угла падения β приводит к увеличению и углов преломления αl2 и αt2. При определенном значении угла падения β = βкр1 преломленная продольная волна cl2 сольется с границей раздела сред (см. рисунок 2). Рисунок 1 – Иллюстрация явлений отражения, преломления и расщепления продольной волны на границе раздела двух акустических сред при наклонном падении на границу Так появляется следующая формулировка: 1-й критический угол - наименьший угол падения продольной волны, при котором преломленная продольная волна не будет проникать во вторую среду (возникновение головной волны). Рисунок 2 – Направления хода преломлённых пучков волн во второй среде при первом критическом значении угла ввода βкр1 продольной волны из первой среды Вычислить значение первого критического угла позволяет одно частное из равенств (2) общего выражения закона Снеллиуса (1) = . (2) Поскольку при этом αl2 по определению равен 90о: = (3) и = . (4) Формулировка второго критического угла звучит так: 2-й критический угол - наименьший угол падения продольной волны, при котором преломленная поперечная волна не будет проникать во вторую среду (появление поверхностной волны Рэлея), – и иллюстрируется рисунком 3. Рисунок 3 – Направление хода преломлённой поперечной волны во второй среде при втором критическом значении угла βкр2 ввода продольной волны из первой среды Для определения второго критического угла можно воспользоваться частным равенством (5) из закона Снеллиуса (1) = , (5) и получить выражение (6) . (6)
