2012特种设备超声波2级考试计算题答案

计算题答案

1.1 已知：C_L=6300m/S；C_S=3100m/s；f=2MHz

求：纵波波长λ_L=?；横波波长λ_S=?

解：纵波波长λ_L=C_L/f=6300×10³/2×10⁶=3.15mm

横波波长λ_S=C_S/f=3100×10³/2×10⁶=1.55mm

答：f为2MHz的声波在铝中的纵波波长为3.15mm、横波波长为1.55mm。

1.2 已知：ρ=1270kg/m³；C_L=1900m/s

求：Z=?

解：Z=ρ×C_L=1270×1900≈2.4×10⁶kg/m²·S

答：其声阻抗Z为2.4×10⁶kg/m²·S。

1.3 已知：X=40%；△_l=-12dB；△₂=6dB

求：衰减12dB以后该波高X₁%=?；增益6dB以后该波高为X₂%=?

解：(1) 衰减12dB以后该波高为X₁%

△_l=20lg(X₁/X)

20lg(X₁/X)=-12；lgX₁=-12/20+lg40

X₁=10%

(2) 设增益6dB以后该波高为X₂%

△₂=20lg(X₂/X)

20lg(X₂/40)=6；X₂=80%

答：衰减12dB以后该波高为10%，增益6dB以后波高为80%。

1.4 已知：B=50%；A=80%；C=20%

求：(1) A波为基准(0dB) [B]=?dB；[C]=?dB

(2) B波为基准(10dB) [A]=?dB；[C]=?dB

(3) C波为基准(-8dB) [A]=?dB；[B]=?dB

解：令[A]=0dB

(1) [B]-[A]=△_BA=201g(B/A)=20lg(50/80)=-4dB；

∵[A]=0dB

∴[B]-[A]=-4dB 则[B]=-4dB+0dB=-4dB

[C]-[A]=△_CA=20lg(C/A)=20lg(20/80)=-12dB；∵[A]=0dB

[C]-[A]=-12dB则[C]=-12+0=-12dB

(2) 令[B]=10dB

[A]-[B]=△_AB=201g(A/B)=20lg(80/50)=4dB；[B]=10dB

则[A]=[B]+4=l0+4=14dB

[C]-[B]=△_CB=20lg(C/B)=20lg(20/50)=-8dB；

则[C]=[B]+(-8)=10-8=2dB

(3) 令[C]=-8dB

[A]-[C]=△_AC=201g(A/C)=20lg(80/20)=12dB；[C]=-8dB

则[A]=[C]+12=12-8=4dB

[B]-[C]=△_BC=20lg(B/C)=20lg(50/20)=8dB；

则[B]=[C]+0=-8+8=0dB

答：A波为基准(0dB)，B、C波高各为-4dB、-12dB；B波为基准(10dB)，A、C波高各为14dB、2dB；C波为基准(-8dB)，A、B波高各为4dB、0dB。

1.5 已知：C_Ll=1500m/s；C_L2=5900m/s；ρ₂=7800kg/m³；ρ₁=1000kg/m³

求：r=?；t=?；R=?；T=?

解：Z_l=ρ₁×C_L1=1500×1000=1.5×l0⁶kg/m²·s

Z₂=ρ₂×C_L2=5900×7800≈46×10⁶kg/m²·s

则：r=(Z₂-Z₁)/(Z₂+Z₁)=(46×10⁶-1.5×l0⁶)/(46×10⁶+1.5×l0⁶)≈0.94

t=2Z₂/(Z₂+Z₁)=2×46×10⁶/(46×10⁶+1.5×l0⁶)≈1.94

R=(Z₂-Z₁)²/(Z₂+Z₁)²=(46×10⁶-1.5×l0⁶)²/(46×10⁶+1.5×l0⁶)²≈0.88

T=4Z₂Z₁/(Z₂+Z₁)²=4×46×10⁶×1.5×l0⁶/(46×10⁶+1.5×l0⁶)²≈0.12

答：界面声压反射率为0.94、声压透射率为1.94、声强反射率为0.88、声强透射率为0.12。

1.6 已知：C_Ll=2730m/s；C_L2=5900m/s；C_S2=3230m/s

求：α_Ⅰ=?；α_Ⅱ=?

解：α_Ⅰ和α_Ⅱ分别为：

α_Ⅰ=arcsin(C_Ll/C_L2)=arcsin(2730/5900)=27.6°

α_Ⅱ=arcsin(C_L2/C_S2)=arcsin(2730/3230)=57.7°

答：第一临界角α_Ⅰ27.6°、第二临界角α_Ⅱ为57.7°。

1.7 已知：C_Ll=2730m/s；C_L2=5900m/s；C_S2=3230m/s；K=2

求：α_L=?

解：K=tgβ_S=2 则β_S=63.4°；由sinα_L/C_Ll=sinβ_S/C_S2

α_L=arcsin(sinβ_S×C_L1/C_L2)=arcsin(sin63.4°×2730/3230)=49.1°

答：K2纵波入射角α_L为49.1°。

1.8 已知：C_L1=5900m/s，C_S=3230m/s，水中C_L2=1480m/s

求：(1) α_L=10°时对应的β_L=?；β_S=?

(2) β_S=45°时对应的α_L=?

解：(1) α_L=10°时对应的β_L和β_S

sinα_L/sinβ_L=C_L2/C_L1；sinβ_L=sinα_LC_L1/C_L2=sin10°×5900/1480

β_L=43.8°

sinα_L/sinβ_S=C_L2/C_S；sinβ_S=sinα_LC_S/C_L2=sin10°×3230/1480

β_S=22.3°

(2) β_S=45°时对应的α_L

sinα_L/sinβ_S=C_L2/C_S；sinα_L=sinβ_SC_L2/C_S=sin45°×1480/3230

α_L=18.9°

答：α_L=10°时对应的β_L为43.8°和β_S为22.3°；β_S=45°时对应的α_L为18.9°。

1.9 已知：C_l=2730m/s；C₂=1480m/s；C₃=5900m/s；r=40mm；T=30mm；L=T/2=30/2=15mm

求：F=?；F’=?

解：(1) 水中焦距F

F=rC₁/(C₁-C₂)=40×2730/(2730-1480)=87.36mm≈87.4mm

(2) 求工件中实际焦距F’

F’=F-L(C₃/C₂-1)=87.4-15(5900/1480-1)=42.6mm

答：水中焦距F为87.4mm和工件中实际焦距F’为42.6mm。

1.10 已知：T=500mm；B_l=80%；B₂=35%；C_L=5900m/s；f=2.5MHz；D=20mm

求：衰减系数α=?

解：近场区长度N=D²/4λ=20²/(4C_L/f)=400/(4×5.9×10⁶/2.5×10⁶)=42.4mm

3N=42.4×3=127.2mm

T=500mm>3N 故可用厚件衰减系数公式：

α=(B₁-B₂-6)/2T

α=(7-6)/(2×500)=1.0×10^-3dB/mm

答：此钢锻件的介质衰减系数α为1.0×10^-3dB/mm。

1.11 已知A=100，A’=10，求△=?dB

解：△=201g(A/A’)=201g(100/10)=20dB

答：100%的波高衰减20dB后达10%。

1.12 已知：C_Ll=2700m/s；C_L2=5900m/s；C_L3=3200m/s；K=2

求：α_L=?

解：K=tanβ=2，β=tan^-12≈63.4°

sinα_L=sinβ·C_L1/C_S2=0.894×2700/3200=0.755

α_L=sin^-10.755=49°

答：探头的入射角为49°。

1.13 已知：B₁=100%；B₂=15%；6=2dB；T=400mm

求：α=?

解：衰减系数α=[201g(B₁/B₂)-6-δ]/2T

α=[201g(100/15)-6-2]/2×400=0.01dB/mm

答：该材料衰减系数为0.01dB/mm

2.1 已知：C_L1=5900m/s，C_L2=1480m/s；f=2.5MHz；D_S=20mm

求：在钢中和水辐射的纵波声场的近场区长度N=?半扩散角θ₀=?和未扩散区长度b=?

解：(1) 在钢中纵波声场的近场区长度N、半扩散角θ₀和未扩散区长度b

近场区长度N=D²/4λ=20²/(4C_L1/f)=400/(4×5.9×10⁶/2.5×10⁶)=42.4mm

半扩散角

θ₀=arcsin1.2(λ/D_S)=arcsin1.12[(C_L1/f)/D]

=arcsin1.12(5.9×10⁶/2.5×10⁶/20)=7.6°

未扩散区长度b=1.64N=42.4×1.64=69.5mm

(2) 在水中纵波声场的近场区长度N、半扩散角θ₀和未扩散区长度b：

近场区长度N=D_S²/4λ=20²/(4C_L2/f)=400/(4×1.48×10⁶/2.5×10⁶)=168.9mm

半扩散角θ₀=arcsin1.2(λ/D_S)

=arcsin1.12(1.48×10⁶/20×2.5×10⁶)=1.9°

未扩散区长度b=1.64N=168.9×1.64=277mm

答：在钢中纵波声场的近场区长度N为42.4mm、半扩散角θ₀为7.6°和未扩散区长度b为69.5mm，在水中纵波声场的近场区长度N为168.9mm、半扩散角为1.9°和未扩散区长度b为277mm。

2.2 已知：C_L1=6260m/s；C_L2=1480m/s；D_S=20mm；f=2.5×10⁶Hz；N=20mm

求：L=?

解：N=D_S²/4λ-LC_L1/C_L2；则L=(D_S²/4λ-N)C_L2/C_L1

其中λ=C_L2/f=6.26×10⁶/2.5×10⁶=2.5mm；铝中近场区长度为N=20mm；

水层厚度L=(D_S²/4λ-N)C_L2/C_L1=[20×20/(4×2.5)-20]×6260/1480=84.6mm

答：水层厚度为84.6mm。

2.3 已知：X₁=200mm；X₂=400mm；X₃=800mm；

Φ_l=2mm；Φ₂=4mm；Φ₃=2mm；[H_fl]=24dB

求：[H_f2]=?；[H_f3]=?

解：由于X≥3N

所以400mm处Φ4平底孔回波高[H_f2]=[H_f1]+401g(X₁Φ₂/X₂Φ₁)

=24+40lg[200×4/(400×2)]=24dB

所以800mmΦ2平底孔回波高[H_f3]=[H_fl]+401g(X₁Φ₃/X₃Φ₁)

=24+40lg[200×2/(800×2)]≈0.1dB（可视为0dB）

答：400mm处Φ4平底孔回波高24dB和800mm处Φ2平底孔回波高约为0dB。

2.4 已知：C_L=5900m/s，f=2.5×10⁶Hz，D_f=2mm，X=400mm，[H_fl]=12dB

求：[H_fl横]=? ，[H_f2球]=? 、[H_f3大平底]=?

解：λ=C_L/f=5.9×10⁶/2.5×10⁶=2.36mm

F_f=3.14D_f²/4=3.14×2²/4=3.14mm²

(1) 400mm处Φ2长横孔与400mm处Φ2平底孔反射声压dB差△₁：

所以400mm处Φ2长横孔回波高[H_fl横]=[H_fl]+△₁=12+17.5=29.5dB

(2) 400mm处大平底与400mm处Φ2平底孔反射声压dB差△₃：

所以400mm处大平底回波高[H_f3大平底]=[H_f1]+△₃=12+43.5=55.5dB

答：400mm处Φ2长横孔回波波高为29.5dB、400mm处大平底的底波高为55.5dB。

2.5 已知：f=5MHz=5×10⁶Hz，D_S=14mm，CL=1500m/s=1.5×10⁶mm/s

求：θ₀ N

解：λ=C/f=1.5×10⁶/5×10⁶=0.3mm

θ₀=arcsin1.22(λ/D_S)=arcsin1.22×0.3/14=1.5°

N=D_S/λ=14²/(4×0.3)≈163mm

答：该探头指向角1.5°和近场区长度163mm。

2.6 已知：K=2.0；cosβ/cosα=0.68；tanα/tanβ=0.58；F_S=10×12=120mm²；

L_l=12mm；C_S2=3230m/s

求：N’=?

解：λ_S2=C_S2/f=3230×10⁶/2.5×10⁶=1.29(mm)

答．此探头在钢中的近场区长度为13.2mm。

3.1 已知：H₁=80%；H₂=77%

求：N=?

解：N(dB)=201g(H₁/H₂)=20lg(80/77)=0.3dB

答：此衰减器相邻12dB的误差为0.3dB。

3.2 已知：M=85mm，R=100mm，L=78

求：L₀=?；K=?

解：(1) 探头前沿：

l₀=R-M=100-85=15mm

(2)探头K值：

K=tanβ=(L+l₀-35)/30=(78+15-35)/30=1.93

答：此探头的前沿长度l₀为15mm，K值为1.93。

3.3 已知：B₁=2.0；B₂=3.98；B₃=5.92；B₄=7.96；B₅=10.0；b=10

求：δ=?

解：B₁和B₅分别对准2.0和10.0格，则B₂、B₃、B₄应分别位于4、6、8格，显然B₃误差最大，为0.08格

答：该仪器的水平线性误差为1%。

3.4 已知：h₁=80%；h₂=25%

求：X=?

解：X=20lg(h₁/h₂)=20lg(80/25)=10dB

答：分辨力为10dB。

4.1 已知：T=200mm；τ₂=50；τ₄=100

求：τ₁=?；τ₃=?；n=?

解：(1) 扫描速度比由1：n=τ₄：4T=100：4×200

则n=4×200/100=8

(2) 求B₁、B₃的位置τ₁；τ₃；

B₁对应的水平刻度值τ₁ τ₁=T₁/n=200/8=25

B₃对应的水平刻度值τ₃ τ₃=T₃/n=200×3/8=75

答：扫描速度比为1：8、B₁对应的水平刻度值τ₁为25、B₃对应的水平刻度值为τ₃为75。

4.2 已知：K=l，R=50，R₂=100，τ₁=35.4，τ₂=70.8

求：n=?

解：(1) R50和R100回波的深度：

(2) 横波深度扫描速度n：

τ₁：d_l=1：n=35.4：35.4=1：1

则：n=1

答：横波按深度调节其扫描速度为1：1。

4.3 已知：K=2.3；R_l=50；R₂=100；n=1

求：τ₁=?；τ₂=?

解：(1) R50、R100回波的水平距离：

(2) 因按1：1调节

τ₁=l₁/n=45.8 τ₂=l₂/n=91.7

答：R50、R100圆弧面的回波应分别对准水平刻度值45.8、91.7。

4.4 已知：C_L=5900m/s；f=2.5×10⁶Hz；X_B=500mm；Φ=2mm；D_S=20mm

求：△=?

解：λ=C_L/f=5.9×10⁶/2.5×10⁶=2.36mm

N=D_S²/4λ=20²/(4×2.36)=42.4mm

X_B=500mm>3N=42.4×3=127.2

答：调节仪器衰减器，使仪器储存56dB，将探头对准工件完好部位，调节增益旋钮使底波B₁调至显示屏刻度80%后，再增益46dB，这时Φ2检测灵敏度校准完毕。

4.5 已知：X_l=400mm；X₂=150mm；Φ_l=2mm；Φ₂=4mm；C_L=5900m/s；f=2.5×10⁶Hz

求：△=?

解：λ=C_L/f=5.9×10⁶/2.5×10⁶=2.36mm

N=D_S²/4λ=20²/(4×2.36)=42.4mm

400mm>150mm>3N=42.4×3=127.2

答：将探头对准150mm处Φ4平底孔，使Φ4平底孔波调至显示屏刻度80%后，增益29.1dB，这时400/Φ2灵敏度校准完毕。

5.1 已知：T=60mm；h=30mm

求：n=?

解：n=4h/T=4×30/60=2

答：2次波重合法。

5.2 已知：n=2；T=40mm；d_fl=12mm；τ_f2=50

求：h=?；τ_f1=?；d_f2=?

解：(1) 水层厚度h：

h=nT/4=2×40/2=20mm

(2) 缺陷波水平刻度τ_f1：

τ_f1=X_f1/n=(4h+d_f1)/2=(4×20+12)/12=46

(3) 缺陷的深度d_f2：

d_f2=nτ_f2-4h=2×50-4×20=20mm

答：水层厚度为20mm、缺陷波水平刻度τ_f1为46、缺陷的深度d_f2为20mm。

5.3 已知：T=150mm；Φ

微信扫一扫分享资讯