用直探头检测实心钢轴,会出现两个三角形反射:
1)纵一纵一纵(L一L一L)全纵波等边三角形反射(无波型转换):每个角为60度,入射角、反射角αL均为30度,边长为0.866d(d为轴径),往返声程2s=3X0.866d=2.6d,s=1.3d。
2)纵一横一纵(L一s一L)纵横混合形等腰三角形反射(有一边转换为横波):顶角为71.4度,纵波入射角或反射角αL为35.7度,底面两角均为54.3度,横波反射角或入射角αs为18.6度,往返声程略小于2.6d,但横波声速小,因而此回波出现位置与全纵波反射相差无几。
现在的问题是:纵横混合型的三角反射,入射角(或反射角)αL和反射角(或入射角)αs是怎么求出来的?“三角反射”产生的前提是什么?讨论它的意义是什么?我想借这篇短文,进行阐述。如有不当,请朋友指正。
1 L一s一L反射中αL和αs计算公式的推导
有波型转变的三角形反射,是个等腰三角形,顶角为2αL,两个底角相等,是一个αL和一个αs之和。
αs=90度-2αL sinα s= cos2αL=1-2 sinαL. sinαL,所以
sinαL/sinα s=sinαL/cos2αL =CL/Cs (1)
已知,钢的CL=5900m/s,Cs=3230m/s,所以,CL/Cs=1.8266,公式(1)可改写为:
sinαL/sinα s=sinαL/cos2αL =1.8266
sinαL/cos2αL= sinαL/(1-2 sinαL. sinαL)
=1.8266 (2)
设sinαL=x,公式(2)可以变为一个一元二次方程,
3.653x2+x-1.8266=0 (3)
解方程
X=sinαL=0. 5835 αL=35.7度
αs=90度-2X35.7度=18.6度
教材给出的答案:αL=35.6度,αs=18.8度。我的答案与它有微小差别,这是计算误差,似是允许的。由于多年未解一元二次方程了,以上计算,如果有错误,请读者指正。
2 出现“三角反射”的前提
前面已提到,“三角反射”出现在使用直探头探实心轴的场合。直探头与凸的界面接触,成了“线接触”。“线接触”,使圆形直探头近似成了一个边长2a甚小的、特殊的矩形声源。根据公式
半扩散角θo =arcsin〔λ/(2a)〕 (4)
当λ/(2a)相当时(接近1时),声束指向性很差,θo可能接近90度。显然θo>αL,但只有θo大,αL才允许大,才可能出现“三角反射”。
3 讨论“三角反射”的意义
“三角反射”出现在用直探头探实心轴的场合,它的回波出现在声程为d底面回波之后,声程s≈1.3d。所以,我认为讨论这个问题,对指导实际检测意义不大。讨论这个问题,纸上谈兵的价值在于:绝大多数脉冲反射法的回波是按原路返回的,而我们讨论的回波,却是按三角形的声程返回的,如何综合利用我们学过的知识,解释“三角反射”回波为何出现,以及出现的规律,却是重要的。
参考文献
资料〔1〕:郑晖 林树青主编《超声检测》(2008版)
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