КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Свойства ультразвуковых колебаний.
Природа ультразвука. По своей физической природе ультразвук (УЗ), так же как и слышимый звук, представляет собой упругие колебания и волны, т. е. чередующиеся во времени процессы механического сжатия и разрежения, распространяющиеся в твердой, жидкой и газообразной средах.
От слышимого звука ультразвук отличается лишь частотой. Слышимый звук охватывает диапазон частот от 16 Гц до 15...20 кГц, а ультразвук — область неслышимых частот от 15...20 кГц до 109 Гц.
Основные параметры ультразвука. Частицы среды, в которой распространяется УЗ, периодически колеблются около положения равновесия. Приближенно можно считать, что колебания частиц совершаются во времени по синусоидальному закону с амплитудой смещения А.
Сгущения и разрежения, которые образуются в среде при прохождении в ней упругой волны, добавочно изменяют давление по отношению к среднему (статическому). Эта добавочная переменная часть давления называется звуковым давлением. Его амплитуда, Па:
, (17.1)
где ρ — плотность среды, кг/м!; с — скорость распространения упругой волны (скорость звука), м/с; f — частота колебаний, Гц; А — амплитуда смещения, м.
Величина ρс — важнейшая акустическая характеристика среды. Ее называют волновым сопротивлением.
При распространении ультразвуковой волны в среде происходит перенос энергии. Энергию волны, проходящую в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную распространению волны, называют интенсивностью ультразвука, Вт/м2:
, (17.2)
Закономерности распространения ультразвука. По мере распространения ультразвуковой волны в среде ультразвук поглощается, т. е. его энергия переходит в другие виды энергии, в частности в теплоту. Интенсивность плоской звуковой волны, распространяющейся вдоль оси х, убывает с расстоянием как e-2αx , где α — коэффициент поглощения звука, м-1.
При переходе ультразвуковой волны из одной среды в другую, если их волновые сопротивления не равны, часть энергии волны отражается от границы раздела двух сред обратно в первую среду, а остальная часть проходит во вторую среду. Отношение интенсивности отраженной волны к интенсивности падающей, называемое коэффициентом отражения k0, зависит от волновых сопротивлений сред:
, (17.3)
При переходе ультразвуковой волны из твердого тела в воздух коэффициент отражения близок к единице. Например, при движении ультразвуковой волны из никеля в воздух k0 = 0,99996, т.ае. УЗ в воздух практически не проходит. Существенно меньшая часть энергии УЗ отражается от границы «твердое тело — жидкость». Например, при движении ультразвуковой волны из никеля в воду kо = 0,88613. Поэтому ультразвуковая обработка проводится с использованием промежуточной рабочей жидкости, с которой контактируют как излучатель УЗ, так и обрабатываемый объект.
 |
 |  | ||
Рис. 111 Основные эффекты ультразвука
Области применения
- Ультразвуковая очистка – сложный процесс, сочетающий местную кавитацию с действием больших ускорений в очищающей жидкости, что приводит к разрушению загрязнений. Если загрязненную деталь поместить в жидкость и облучить ультразвуком, то под действием ударной волны
кавитационных пузырьков поверхность детали очищается от грязи.- Ультразвуковая сварка Из существующих методов ни один не подходит для сварки разнородных металлов или если к толстым деталям нужно приварить тонкие пластины. В этом случае УЗ-вая сварка незаменима. Ее иногда называют холодной, потому что детали соединяются в холодном состоянии. - В промышленности все большее значение приобретает УЗ-вая пайка и лужение алюминия, нержавеющей стали и других материалов.- Применение ультразвука позволяет значительно ускорить смешивание различных жидкостей и получить устойчивые эмульсии (даже таких как вода и ртуть).- Воздействуя УЗ-выми колебаниями большой интенсивности на жидкости, можно получать тонкодисперсные аэрозоли высокой плотности.- Сравнительно недавно начали применять УЗ для пропитки электротехнических намоточных изделий. Применение УЗ позволяет сократить время пропитки в 3 (5 раз и заменить 2-3 кратную пропитку одноразовой.- Под действием УЗ значительно ускоряется процесс гальваническогоосаждения металлов и сплавов.- Если в расплавленный металл вводить УЗ-вые колебания, заметно измельчается зерно, уменьшается пористость.- Ультразвук применяется при обработке металлов и сплавов в твердом состоянии, что приводит к «разрыхлению» структуры и к искусственному их старению.- УЗ при прессовании металлических порошков обеспечивает получение прессованных изделий более высокой плотности и стабильности размеров.- Применение УЗ для активного воздействия на живой организм в медицине основывается на эффектах, возникающих в биологических тканях при прохождении через них УЗ-вых волн. Колебания частиц среды в волне вызывают своеобразный микромассаж тканей, поглощение УЗ – локальное нагревание их.- Интроскопия — неразрушающее (неинвазивное) исследование внутренней структуры объекта и протекающих в нём процессов с помощью звуковых волн (в том числе ультразвуковых и сейсмических), электромагнитного излучения различных диапазонов, постоянного и переменного электромагнитного поля и потоков элементарных частиц.;
- Голография— набор технологий для точной записи, воспроизведения и переформирования волновых полей.
- Квантовая акустика (акустоэлектроника) — теория гиперзвука, создание фильтров на поверхностных акустичесих волнах,
Дата добавления: 2014-11-13; просмотров: 151; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав |