zad_resh (Задачи к экзамену по акустике и решения к ним)

1. Выведите теоретическое выражение для определения оптимальной частоты контроля импульсным эхометодом. Дефект в виде небольшого диска расположен в дальней зоне, поглощением в материале изделия пренебречь нельзя. Принять, что коэффициент поглощения пропорционален квадрату частоты.

P'/P0 =

r > rbz

для дефекта-диска, если его размеры >> l, но достаточно малы, чтобы R=-1, I(a,b)=const на нем

P'/P0 =

(вообще у этой кривой есть максимум, но он в долях Гц и не виден здесь)

2. Известно, что можно учесть затухание УЗ переходом в косоугольную систему координат, что практически делается поворотом сетки, наложенной на АРД диаграмму. На какой угол надо повернуть сетку, если известен коэффициент затухания ультразвуковой волны.

P'/P0 =

20*log (P'/P0) =

Пусть затухание d = 1.5 дБ/см, тогда на АРД-диаграмме надо провести прямую с наклоном 2*1.5=3 дБ/см:

Пусть rбз = 25мм, тогда для безразмерной диаграммы расстояние 50мм будет 2*rбз, т.е. n=2.

(или 50 мм)

то есть затухание приведет к тому, что P'/P0 будет в данном случае не 10дБ, а 25дБ.

Но, в принципе, градусы, если лучше наклон

3. Преобразователь диаметром 20мм (частота 1МГц) расположен в воде на расстоянии 1см от плоской поверхности толстостенного объекта контроля из стали. Где находится граница ближней зоны преобразователя?

радиус преобразователя

Посмотрим не находится ли бз в воде целиком

>

Нет, тогда строим мнимое изображение, будто преобразователь находится во второй среде, где на расстоянии от границы раздела сред не r0, а r1:

4. Диаграмма направленности прямого контактного преобразователя измерена в иммерсионной ванне с водой. Как изменится диаграмма направленности при использовании преобразователя для контроля изделий из стали? Пьезопластина преобразователя - диск диаметром 20мм, резонансная частота 2,5 МГц.

И считать дальше по картинке по формуле q=l/D там и там, и они где-то в 4 раза будут отличаться

5. Измерили амплитуду акустического поля на расстояниях 1м, 2м и 4м от излучателя. Результат: 1, 0,25, х? (отн. ед). Определите "х", при условии, что измерения проводились в дальней зоне излучателя.

Если ничего не сказано, то будем считать, что измерения проводились на оси преобразователя, тогда F=1 (в принципе, в общем случае будет P=P0*exp(-dr)/r,

но результат будет тот же)

P'/P0 = g =

6. Определите закон изменения коэффициента усиления дефектоскопа реализуемого системой ВРЧ, чтобы сигнал от дефекта в виде диска диаметром 4мм не изменялся при изменении глубины залегания дефекта от 5мм до 100мм. Материал ОК - сталь, контроль проводится импульсным эхометодом прямым контактным совмещенным преобразователем диаметром 10мм на частоте 2,5МГц. Скорость продольных волн в стали 5,9 мм/мкс, коэффициент затухания 100 дБ/м.

дБ/м

- вообще это отношение

равно P'/P0, откуда если пересчитать для нижеупомянутой формулы то будет примерно

Сигнал от дефекта в виде диска с учетом затухания в стали и коэффициента усиления K:

P'/P0 = g =

Причем по условию при r = 5..100 мм g = const

7. При контроле объекта импульсным эхометодом в иммерсионной ванне с водой обнаружен сигнал амплитудой 40дБ, от дефекта на глубине 60мм. Контроль проводится совмещенным прямым преобразователем, расположенным на расстоянии 50мм от поверхности ОК. Диаметр пьезопластины 10мм, частота 5МГц. Скорость продольных волн в ОК 6мм/мкс, затуханием можно пренебречь. Определить эквивалентную площадь дефекта.

Строим мнимое изображение, будто преобразователь находится во второй

среде, где на расстоянии от границы раздела сред не r0, а r1:

>

P'/P0 = g =

для диска, каковым приблизительно будем считать дефект

8. Как изменится величина "донного" сигнала, если плоскость дна составляет угол альфа с верхней плоскостью при заданных параметрах преобразователя. Желательно дать численную оценку допустимой клиновидности.

Если под углом, то сигнал проходит

больший путь...

Допустимая клиновидность -

посмотреть такое a, когда

сигнал упадет в два раза, по методу

зеркальных отражений

М. не расписывать или взять

прямоугольник sinx/x

Например, здесь дойдет только

половина сигнала

Когда просто плоскость,то строим

отражение как обычно, см.лекции

Если a, то отраженный луч

под 2a пойдет.

9. Покажите, что при контроле импульсным эхометодом изделия большой толщины с использованием наклонного преобразователя, в случае значительного затухания ультразвуковой волны в материале изделия, максимальная амплитуда отраженного сигнала от дефекта, залегающего на большой глубине, будет достигаться в положении преобразователя отличном от положения, при котором акустическая ось преобразователя направлена на дефект.

Здесь можно качественно дать

оценку, точных формул не надо

При контроле с использованием наклонного преобразователя работают два фактора: диаграмма направленности и затухание.

P' ~ F(q)

Таким образом в точке 2 - не максимум диаграммы направленности, но эта величина может как бы "компенсироваться" за счет меньшего затухания, т.к. путь луча до дефекта r2 в этом случае меньше r1.

Насчет глубины: если глубину пересчитать на координату х,

то получим произведение 2х функций:

10. На каком расстоянии от поверхности стального плоскопараллельного образца толщиной 50мм, который помещен в иммерсионную ванну с водой, надо установить преобразователь, чтобы получить минимальный размер УЗ пучка на донной поверхности? Диаметр преобразователя 10мм, частота 5МГц.

Тут могут переправить h на 20,

тогда будет несколько другое решение

Минимальный размер пучка будет достигаться, если дно будет находиться в ближней зоне преобразователя.

Для мнимого изображения

должно быть <=

11. Импульсный дефектоскоп использует преобразователь диаметром пьзопластины 30мм, частота 2,5МГц. Рассчитайте фронтальную разрешающую способность в стали на расстоянии 50см. Как изменится разрешающая способность при замене стали водой?

для стали

<

для воды

>

Фронтальная разрешающая способность

при z < 2*rбз и

при z > 2*rбз

12. Как изменятся сечение УЗ луча преобразователя в ближней и дальней зонах, если увеличить в два раза: а) частоту, б) длину волны, в) размеры преобразователя, г) скорость звука в среде, д) стипендию?

Для простоты будем считать, что размеры преобразователя по осям одинаковы (Dx=Dy=Da).

В ближней зоне сечение УЗ луча приблизительно совпадает с преобразователем. Значит оно изменится только в случае в) - в 2 раза увеличится.

В дальней зоне:

а )

б )

в )

г )

д) Стипендия на ультразвук влияния, вообще говоря, не оказывает.

13. Стальной лист толщиной 50мм решили контролировать амплитудным теневым методом, используя контактные преобразователи диаметром пьезопластины 20мм, частота 5МГц. Нестабильность акустического контакта составляет 6Дб. Какой минимальный дефект в виде диска можно надежно регистрировать в этом случае?

>

Ослабление сквозного сигнала в бз Pт/Рс = g = 1 - Sb/Sa. В дальней зоне Pт/Pc = 1 - 4*Sb/(l*r)

или АРД

14. Преобразователь в виде прямоугольной пластинки размерами 10х20 мм с частотой 1МГц расположен в ванне с водой на расстоянии 1м от дна ванны. Определите размеры и приблизительную форму УЗ "пятна" на дне ванны.

= L/l = q при малых q

Форма размытого прямоугольника-эллипса.

15. Как определить координаты источника акустической эмиссии? Объект контроля – металлический лист.

Для изделий простой конструкции возможно приблизительно определить координаты дефекта.

На поверхности листа выставляются несколько датчиков с известными координатами (погрешность расстояния между ними 3-5% обычно). Они получают сигналы от дефекта, потом с помощью метода триангуляции определяются координаты, используя разницу во времени между приходящими сигналами (Dt = 2*l/c).

Метод триангуляций:

координаты 3х датчиков известны,

знаем задержку сигналов от дефектов