Акустические свойства сред

Рассмотрим основные причины затухания упругих волн. Как было сказано в предыдущем разделе, коэффициент затухания складывается из коэффициентов поглощения и рассеяния. В однородных жидкостях и газах рассеяние отсутствует, а коэффициент поглощения пропорционален квадрату частоты. В аморфных твердых телах (например, стекле) и монокристаллах рассеяние тоже отсутствует. В поликристаллических телах присутствует как поглощение, так и рассеяние.

Существует несколько причин поглощения упругих волн в твердых телах. Поглощение обусловлено теплопроводностью среды и внутренним трением. В большинстве поликристаллических твердых тел основную роль в затухании играет рассеяние. Среда содержит зерна или включения, плотность и акустический импеданс которых отличается от окружения. Так, в чугунах содержатся включения графита. В стали зерна сохраняют кристаллическое строение. Скорость УЗВ зависит от направления падающей волны по отношению к осям кристалла. Чем сильнее эта зависимость, то есть упругая анизотропия, тем сильнее влияние рассеяния. Так, анизотропия (и рассеяние) велика́ в медных сплавах (латуни), но она значительно меньше в алюминиевых. В сталях рассеяние сильно сказывается на распространении волн в нержавеющей аустенитной стали, в аустенитных сварных швах. При переходе луча из одного зерна в другое возникают отражение, преломление и трансформация волн (рис. 2.7).

Коэффициент затухания , вызванный рассеянием, зависит от соотношения между длиной волны и средним размером зерна D. Обычно выполняется условие >> D. Рассеяние в этой области называется рэлеевским. Зависимость коэффициента от частоты f и от среднего размера зерна D показаны на рис. 2.8.

Рис. 2.8. Зависимость коэффициента a_р
от частоты волны и среднего размера зерна

При этом в области рэлеевского рассеяния оно происходит на частицах, которые меньше длины волны. При << D влияние рассеяния возрастает с ростом частоты. В табл. 2.4 представлены основные акустические свойства сред.

Таблица 2.4