Поверхностные и подповерхностные волны

Поверхностными волнами (волны Рэлея) называют упругие волны, распространяющиеся вдоль свободной границы твердого тела и быстро затухающие с глубиной. Распространение волны Рэлея показано на рис. 2.5.

Рис. 2.5. Поверхностная волна Рэлея

Частицы в волне колеблются по эллиптической траектории. Большая ось эллипса перпендикулярна границе. Амплитуда волны быстро уменьшается с глубиной – координатой х на рис.2.5.

Волна Рэлея сосредоточена в пределах слоя толщиной ~ у поверхности. Скорость волны Рэлея С_R для металлов определяется соотношением:

С_R= 0,93 C_t . (2.15)

Волна Рэлея способна огибать небольшие препятствия и распространяться не только по плоским, но и выпуклым и вогнутым поверхностям. На выпуклой поверхности скорость волны несколько увеличивается, на вогнутой – уменьшается. Поверхностные волны имеют малое затухание. На вогнутых поверхностях возникает дополнительное затухание волны из-за излучения объемных волн вглубь среды.

Головная (подповерхностная) волна распространяется вблизи поверхности твердого тела. Ее скорость близка к скорости продольных волн. Головная волна быстро затухает, поскольку она порождает боковые вытекающие волны (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Головная волна

Боковые волны под углом arccosC_t/C_lраспространяются в глубь среды. Максимум амплитуды головной волны приходится на некоторую глубину под поверхностью. Головная волна медленно затухает в глубине среды. Головная волна не чувствительна к выявлению выступов на поверхности и мелких поверхностных дефектов. Однако с ее помощью можно обнаруживать подповерхностные дефекты. Углубления в поверхности глубже
1–2длин волн вызывают отражение головных волн и излучение их энергии в виде объемных волн.

Волны Лэмба

Волнами в пластинах (нормальными волнами) называют упругие волны, распространяющиеся в твердой пластине (слое) со свободными или слабонагруженными гранями. Нормальные волны бывают с двумя типами поляризации: горизонтальной, параллельной плоскости пластин (это поперечные нормальные волны) и с вертикальной, перпендикулярной плоскости пластин (это волны Лэмба). В практике ультразвуковой дефектоскопии волны Лэмба получили наибольшее распространение.