固体中纵波和横波速度的测量

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杨氏模量计算方法横波速度密度纵横波速度比

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超声波传播速度的测量

超声波在固体中传播速度的测量在固体中传播的声波是很复杂的，它包括纵波、横波、扭转波、弯曲波、表面波等，而且各种声速都与固体棒的形状有关，金属棒一般为各向异性结晶体，沿任何方向可有三种波传播。

【实验目的】1、学会用时差法测定超声波在固体中的传输速度。

2、学会用逐差法处理实验数据。

3、熟悉数字示波器等仪器的使用。

【实验原理】时差法测量原理：在实际工程中，时差法测量声速得到广泛的应用。

时差法测试声速的基本原理是基于速度V=距离S/时间T，通过在已知的距离内计测声波传播的时间；从而计算出声波的传播速度，在一定的距离之间由控制电路定时发出一个声脉冲波，经过一段距离的传播后到达接收换能器。

接收到的信号经放大，滤波后由高精度计时电路求出声波从发出到接收这个在介质传播中经过的时间，从而计算出在某一介质中的传播速度。

只因为不用目测的方法，而由仪器本身来计测，所以其测量精度相对于前面两种方法要高。

同样在液体中传播时，由于只检测首先到达的声波的时间，而与其它回波无关，这样回波的影响比较小，因此测量的结果较为准确，所以工程中往往采用时差法来测量。

连续波经脉冲调制后由发射换能器发射至被测介质中，声波在介质中传播，经过t时间后，到达L距离处的接收换能器。

由运动定律可知，声波在介质中传播的速度可由以下公式求出：速度V=距离L/时间t。

通过测量二换能器发射接收平面之间距离L和时间t ,就可以计算出当前介质下的声波传播速度。

图5-5 发射波与接收波【仪器与器材】SVX-7声速测试仪信号源、SV-DH-7A型测试架、数字示波器、材料样品（有机玻璃棒、铝棒等）【实验内容与步骤】1、时差法测量超声波在固体中传播速度步骤图5-6 时差法测量超声波在固体中传播速度接线图（1）按图5-6接线，将测试方法设置到脉冲波方式将，接收增益调到适当位置（一般为最大位置），以计时器不跳字为好。

（2）将发射换能器发射端面朝上竖立放置于托盘上，在换能器端面和固体棒的端面上涂上适量的耦合剂，再把固体棒放在发射面上，使其紧密接触并对准，然后将接收换能器接收端面放置于固体棒的上端面上并对准，利用接收换能器的自重与固体棒端面接触。

纵、横波速度识别火成岩气、水层影响因素实验研究

纵、横波速度识别火成岩气、水层影响因素实验研究贾俊;李昌;王亮;赵宁【摘要】为了揭示纵、横波速度识别火成岩气、水层的物理机理与储层内在因素的联系,指导火成岩储层流体类型识别,选取准格尔盆地石炭系火成岩岩心,采用超声波脉冲法对其纵、横波速进行测量,分别获取了干燥和饱和水状态下岩心的纵、横波速度,并进一步分析了流体类型、孔隙度、密度和岩性等地层因素对纵、横波速度的影响.地层含气会引起纵波速度和纵、横波速比明显减小,而对横波速度影响较小;在低孔隙层段,气、水层的纵、横波速差异特征弱化,流体类型识别较困难;火成岩岩性复杂,纵波速度受SiO2含量影响较大,应区分不同岩性进行流体识别.基于实验认识,分岩性建立VP/Vs—Rt交会图对研究区测试层段进行气、水层识别,中—基性岩和酸性岩VP/Vs分别为1.85和1.75时,气、水层被有效区分,但受到低孔隙度影响,气、水层响应特征差异弱化,不能区分气层与气水同层.【期刊名称】《油气藏评价与开发》【年(卷),期】2018(008)005【总页数】6页(P8-13)【关键词】火成岩;纵、横波速度;物理机理;影响因素;流体识别【作者】贾俊;李昌;王亮;赵宁【作者单位】绵阳师范学院资源环境工程学院,四川绵阳621006;西南石油大学地球科学与技术学院,四川成都610500;中国石油杭州地质研究院,浙江杭州310023;西南石油大学地球科学与技术学院,四川成都610500;西南石油大学地球科学与技术学院,四川成都610500【正文语种】中文【中图分类】P631流体类型识别是发现油气富集区，认识油气藏类型的关键。

针对流体类型的测井识别方法包括电法和非电法两大类。

其中，非电法中的声波测井以岩石声学物理特性为基础，通过分析地层纵、横波速及速度比对气层、水层的特征差异来识别流体类型。

早期的研究主要关注纵、横波速对不同流体响应特征差异，随着研究的深入，研究重点逐渐转向通过岩石物理实验，深入揭示纵、横波速影响因素及其物理机理。

波速试验的基本原理

波速试验的基本原理波速试验是一种用来测量材料中的纵波速度和横波速度的非破坏性试验方法。

其基本原理是利用超声波在材料中的传播速度来确定材料的弹性性质。

波速试验是通过将超声波传播到被测材料中并测量其被测功率和时间来测量材料中的声速。

在这个过程中，发射器发出超声波信号，经过材料的传播，然后由接收器接收并记录超声波的波形和时间信息。

波速试验实际上是一种时域方法，它基于超声波在实验装置中的传播时间与被测材料中的声速之间的关系。

根据基本的物理公式v=d/t，其中v是声速，d是超声波在材料中传播的距离，t是超声波传播的时间。

具体而言，在纵波速度测量中，超声波是沿材料的纵向传播的。

通过测量超声波在材料中传播的距离和时间，可以计算出纵波速度v_l。

通常，采用纵波谐振频率模式，即使在多个纵波模式下，可以提供更准确和一致的纵波速度。

在横波速度测量中，超声波是沿材料的横向传播的。

和纵波速度测量类似，通过测量超声波在材料中传播的距离和时间，可以计算出横波速度v_t。

横波速度的确定通常需要更高的频率，因为在材料中横波的传播速度较高，频率较低的超声波会衰减较快。

在进行波速试验时，需要注意以下几点：1.超声波的发射器和接收器需要保持正确的耦合，以确保超声波信号能够有效地传播和接收。

使用耦合剂，例如涂有薄膜的胶水，可以帮助传递超声波信号并减小信号的衰减。

2.测量超声波在材料中传播所需的时间应该尽量准确。

可以使用高精度的计时器或其他精确测量时间的设备来进行测量。

3.要选择适当的频率和模式来传播超声波。

纵波和横波的频率和模式的选择应根据材料的弹性性质来确定，以确保测量结果的准确性。

4.在进行波速试验之前，应先了解被测试材料的基本性质和结构，以便选择适当的测试方法和参数。

总的来说，波速试验是一种通过测量超声波在材料中传播的时间和距离来确定材料中纵波和横波速度的方法。

这种试验方法广泛应用于材料科学、工程和非破坏性测试领域，可以帮助人们了解材料的弹性、结构和性能。

用超声波测量固体弹性常数的测量

超声波测量固体弹性常数的测量一、实验目的1．理解超声波声速与固体弹性常数的关系；2．掌握超声波声速测量的方法；3．了解声速测量在超声波应用中的重要性。

二、实验原理在各向同性的固体材料中，根据应力和应变满足的虎克定律, 可以求得超声波传播的特征方程：222221t c ∂Φ∂=Φ∇ （2.1）其中Φ为势函数，c 为超声波传播速度。

当介质中质点振动方向与超声波的传播方向一致时,称为纵波；当介质中质点的振动方向与超声波的传播方向相垂直时，称为横波。

在气体介质中，声波只是纵波。

在固体介质内部, 超声波可以按纵波或横波两种波型传播。

无论是材料中的纵波还是横波, 其速度可表示为：t d c = (2.2)其中, d 为声波传播距离, t 为声波传播时间。

对于同一种材料, 其纵波波速和横波波速的大小一般不一样，但是它们都由弹性介质的密度、杨氏模量和泊松比等弹性参数决定, 即影响这些物理常数的因素都对声速有影响。

相反, 利用测量超声波速度的方法可以测量材料有关的弹性常数。

固体在外力作用下，其长度沿力的方向产生变形。

变形时的应力与应变之比就定义为杨氏模量，一般用E 表示。

（在本书杨氏模量测量的实验中有介绍）固体在应力作用下。

沿纵向有一正应变（伸长），沿横向就将有一个负应变（缩短），横向应变与纵向应变之比被定义为泊松比，记做σ，它也是表示材料弹性性质的一个物理量。

在各向同性固体介质中，各种波型的超声波声速为：纵波声速： )21)(1()1(σσρσ-+-=E C L (2.3) 横波声速： )1(2σρ+=E C S (2.4) 其中E 为杨氏模量，σ为泊松系数，ρ为材料密度。

相应地，通过测量介质的纵波声速和横波声速，利用以上公式可以计算介质的弹性常数。

计算公式如下：杨氏模量： 1)43(222--=T T c E S ρ (2.5)泊松系数： )1(2222--=T T σ (2.6) 其中：SL c c T =，L c 为介质中纵波声速，S c 为介质中横波声速，ρ为介质的密度。

纵_横波在岩石中的传播速度比及弹性模量与岩石所含流体的关系

统计中还发现 , 弹性模量是压力的函数 , 显示了干燥样、饱和油样及饱和水样在不同温压下的模量变化 , 从中看出 , 随着温压的增高 , 弹性模量是逐渐增高的。此中起主导作用的是压力 , 温度的增高在某种程度上降低了模量 , 其作用小于压力。
根据石西地区 50 块岩样在不同温压下取平均值按孔隙度小于 10%及孔隙度大于 10%分别所作直方图(图 3)。从图中可以看出 , 孔隙度增加 , 模量常数降低 (泊松比例外), 虽然饱和水样与饱和油样模量有重叠部分 , 但二者仍可明显区分。尤以体积模量、杨氏模量、拉梅系数区别最明显。玛北地区 60 块样品所做的相应关系图 , 也得出了同样的结论。
different fluid saturation in Shixi area (据 50 块样品 , 实验温度为 90℃, 压力为 90 MPa)
图 4 是岩石在不同油饱和度时 , 弹性模量随压力的变化曲线。可以看出 , 体积模量、杨氏模量、剪切模量随油饱和度的增高而增大 , 尤其体积模量表
摘要据对准噶尔盆地西部井下岩心进行的实验室模拟测试 , 饱和水的岩心样品 , 其纵横波速度比(vp/vs)、泊松比(σ)、杨氏模量(E)、和拉梅常数(λ), 均大于饱和油的岩样 , 而其体积模量(K)和剪切模量(μ),则小于饱和油的岩样。岩石的弹性模量还与孔隙度有关 , 孔隙度增大则模量降低 ,孔隙度减小则模量提高。当实验压力提高时 ,则弹性模量增大 , 实验压力降低时 , 弹性模量减小。岩石的上述特性是有规律的 , 这为利用地球物理勘探资料检测油、气、水在岩石中的分布 ,提供了依据和可能。
O c t .1998
1.3 1.2 1.1
量
模切

波速测试

波速测试(wave velocity testing)观测、研究地震波在岩土中的传播速度的工程地震勘探方法。

人工激发的地震波(纵波、横波和面波)在岩土中的传播速度与岩土的形变有直接关系，传播速度的大小，特别是横波速度的大小反映了岩土的状态、结构和物理力学性质。

只要测得岩土的纵波速度v p、横波速度v s和密度ρ值，即可计算岩土的动弹性模量Ed、动剪切模量Gd、动压缩模量Kd和动泊松比舶μd不少学者还用v p,v s值与岩土的主要物理力学参数建立相关关系，因而，可以通过波速测试间接得到这些参数；或直接用岩土的波速值来评价岩土的物理力学性质和强度，评价地基加固效果。

20世纪80年代末，工程地球物理勘探界利用先进的地震波层析成像技术对岩体进行全面细致的质量评价，圈定地质异常体取得显著效果，为波速层析成像技术开拓了新的前景。

波速测试常用的方法有：地面直达(折射)波法、单孔法、跨孔法和瑞雷波法。

(1)地面直达(折射)波法。

在地面、探槽、坑道等岩土露头上，激发、观测直达(折射)波中的纵、横波在岩土中的传播速度。

观测方法有：剖面法和透视法。

利用传播时间和距离计算岩土体的纵、横波速度。

横波激发和接收是测试结果质量的关键，即：横波激发方向应与横波传播方向垂直，接收横波检波器的最大灵敏度轴与质点振动的方向一致。

直达波法使用的仪器设备有大锤或其他震源、检波器、浅层地震仪(见工程地球物理勘探仪器)。

(2)单孔法。

可以在钻孔附近地面上用叩板法激振，孔内不同深度处用三分量检波器接收纵波和横波；也可以在孔内不同深度处用爆炸或井下剪切波锤激振，在钻孔附近地面用三分量检波器接收纵波和横波。

用传播时间与路程之比计算各层纵波和横波速度。

单孔法使用的仪器设备有井下剪切波锤或其他激振设备、三分量检波器和浅层地震仪。

(3)跨孔法。

用井下剪切波锤或其他激振设备在一孔内激发，用井下三分量检波器在另一孔或多孔内接收纵波和横波。

用孔间距与到达时间之比计算地层的纵波和横波速度。

声波在固体中的传播形式与速度研究

声波在固体中的传播形式与速度研究声波作为一种传播形式广泛存在于我们的日常生活中，对于我们理解物质的性质和结构有着重要的意义。

声波在固体中的传播方式与速度是一个备受关注的研究领域。

本文将详细探讨声波在固体中的传播形式与速度的研究成果，探索其对科学与工程应用的潜在影响。

一、声波传播形式声波是一种由物质震动所产生的机械振动，它的传播方式因物质的性质和结构而有所不同。

在固体中，声波的传播主要有纵波和横波两种形式。

纵波是一种沿着传播方向的粒子前后振动的波动形式。

当声源激发固体中的分子或原子振动时，它们会传递给相邻的分子或原子，从而沿着固体传播。

与此相对的是横波，它的传播方式是粒子的振动方向与传播方向垂直。

在固体中，纵波传播的速度通常要快于横波。

二、声波传播速度声波在固体中的传播速度与固体的性质和结构密切相关。

固体的密度、弹性模量和压缩模量等因素会影响声波的传播速度。

首先，固体的密度对声波传播速度有着直接的影响。

密度越大，分子或原子之间的碰撞越频繁，声波传播的速度越慢。

相反，密度越小，分子或原子间的碰撞越少，声波传播的速度越快。

其次，固体的弹性模量也是决定声波传播速度的重要因素之一。

弹性模量是描述固体在应力作用下形变程度的物理量。

固体的弹性模量越大，分子或原子间的相互作用力越强，声波传播的速度越快。

举例来说，固体金属具有较高的弹性模量，因此声波在金属中传播速度较快。

最后，固体的压缩模量也会对声波传播速度产生影响。

压缩模量是衡量固体在各个方向上抵抗压缩的性质。

与密度和弹性模量相似，压缩模量越大，声波传播的速度越快。

三、应用潜力声波在固体中的传播形式与速度的研究成果对科学与工程应用具有重要意义。

首先，在材料科学中，了解声波传播的方式和速度可以帮助研究者更好地理解材料的内部结构和物性。

通过检测声波的传播速度变化，科学家可以得出关于固体状况的信息，例如固体中的空隙、裂缝或杂质等。

其次，在工程领域中，声波传播的形式和速度研究成果可以被应用于非破坏性检测和材料表征。

超声波检测理论基础培训课件

2/11/2024
超声波检测理论基础
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机械波的主要物理量
4、周期T：声波向前传播一个波长距离时所需的时间；
5、角频率ω：其中频率和周期是由波源决定的，声速与传声
介质的特性和波型有关。
T 1 2π λ f ωc
2/11/2024
超声波检测理论基础
13
2.2 波的类型
2.2.1按波型分类 1、纵波L：介质中质点振动方向和波的传播方
2/11/2024
超声波检测理论基础
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超声波的特点
超声波波长很短，这决定了超声波具有一些重要特性，使其能广泛应用于无损检测。
1、方向性好超声波具有像光波一样定向束射的特性。 2、穿透能力强对于大多数介质而言，它具有较强的穿透能力。
例如在一些金属材料中，其穿透能力可达数米。 3、能量高超声检测的工作频率远高于声波的频率，超声波的能
如采用表面波探伤只能发现工件的表面缺陷。一般只能发现距离工件表面两倍波长深度范围内的缺陷。
2/11/2024
超声波检测理论基础
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表面波
2/11/2024
超声波检测理论基础
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2.2.2 按波形分类
波的形状是指波阵面的形状。波线：用波线表示传播的方向波阵面：将同一时刻介质中振动相位相同的所
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超声波检测理论基础
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2.4 超声波的传播速度
声速表示声波在介质中传播的速度，它与超声波的波型有关，还与介质的密度和弹性模量有关。声速是一个表征介质声学特性的重要参量。
2.4.1固体介质中的声速：纵波、横波和表面波的声速主要是由介质的弹性性质、密度和泊松比决定的，而与频率无关，不同材料声速值有较大的差异。在给定的材料中，频率越高，波长越短。

岩石的纵、横波速度与密度的规律研究

岩石的纵、横波速度与密度的规律研究引言地质概况及其岩芯的选取岩芯实验测量测量结果与规律分析广义Gardner公式的意义结论1、20世纪90年代以来, 油气地球物理勘探已由构造勘探向岩性勘探和储层研究方面发展。

传统上只用密度(ρ)和纵波速度(Vp)信息已经远远不能满足当前实际的需要。

2、Gardner关系( ρ= CV1/4p)已经广泛应用, 当缺少速度、密度中的某一个时, 作为近似估计密度或速度的手段。

3、纵、横波速度的关系：Castagna(1985)从饱水砂岩和页岩的超声波实验数据, 通过线性拟合, 给出著名的泥岩线公式：Han(1986)的实验测试数据拟合出的砂岩纵横波速度公式是：甘利灯根据胜利、辽河和中原油田28口井的全波形声波测井资料基础上统计出砂岩的纵横波经验公式：Simth的公式：李庆忠分析了前人的资料和经验公式, 综合出了如下经验方程式：4、密度与纵、横波速度关系：不同的研究者针对不同岩性的岩石, 提出不同的经验公式. 对于砂岩,Gardner公式为：Castagna(1993)公式为：5、密度、纵波和横波速度之间的关系：我们期望拟合密度(ρ)与Vp 、Vs三者间的关系, 使Vp-Vs关系融入广义的Gardner公式中, 故提出了如下函数形式:用最小平方拟合从各类岩性得到三者(ρ、Vp 、Vs)的关系式：6、与Gardner公式一样, 广义Gardner公式本身没有物理意义, 只是一种实验数据的经验关系, 但是它在AVO等地震参数反演中具有重要的应用价值。

Gardner关系的最大优点是可以应用到AVO分析中。

7、虽然目前采用了偶极声波测井, 但现有大量老资料都只有单极测井数据, 需要用单极测井数据预测横波速度。

dρ/ρ= A（dVp/Vp）+B（dVs/Vs）1。

纵波与横波波的幅度与相速度的关系研究

纵波与横波波的幅度与相速度的关系研究一、引言声音、光线和地震等波动现象在我们的日常生活中随处可见。

这些波动可以被分为纵波和横波，它们在传播过程中的幅度和相速度如何相互关联一直是研究的热点问题。

本文将对纵波与横波波的幅度与相速度的关系进行探讨。

二、纵波与横波的基本概念纵波和横波是描述波动传播的两种基本类型。

纵波是指媒质粒子在波的传播方向上振动，而横波是指媒质粒子在波的传播方向垂直于振动方向上振动。

例如，在声波传播过程中，气体分子沿着声波传播方向的正负方向进行纵向振动，这就是纵波。

而在水波传播过程中，水面上的水分子沿着波传播的方向垂直向上或向下振动，这就是横波。

三、纵波与横波幅度的关系波的幅度是描述波动强度的物理量。

对于纵波和横波而言，它们的幅度与振动粒子的位移幅度有关。

纵波的振动位移与波动传播方向相同，故纵波的幅度与振动粒子的位移幅度一致。

横波的振动位移与波动传播方向垂直，故横波的幅度与振动粒子的位移幅度垂直。

四、纵波与横波相速度的关系相速度是描述波动传播速度的物理量。

纵波和横波的相速度与传播介质有关。

对于弹性介质而言，如固体和液体，纵波的相速度通常要比横波的相速度大。

这是因为纵波的振动方向与波动传播方向一致，而横波的振动方向垂直于波动传播方向，使得纵波更容易传播。

然而，在某些非弹性介质中，如气体和等离子体，纵波和横波的相速度可以相等或接近。

五、实验验证与应用为了验证纵波与横波波的幅度与相速度的关系，科学家进行了大量的实验研究。

通过观察和测量波的幅度和相速度，可以确立它们之间的关系。

这不仅对科学研究具有重要意义，还在工程技术领域有着广泛的应用。

例如，在地震勘探中，通过纵波和横波的传播速度和幅度变化可以确定地下地质结构，从而为地质灾害预警和建筑安全提供重要依据。

六、结论本文简要介绍了纵波与横波波的幅度与相速度的关系研究。

根据纵波和横波的基本概念，我们了解到纵波的幅度与振动粒子的位移幅度一致，而横波的幅度与振动粒子的位移幅度垂直。

传感器作业及答案

作业3：3．问答题（1）什么是电阻的应变效应？利用应变效应解释金属应变式电阻传感器的工作原理。

答：金属导体在外力的作用下发生机械变形，其电阻值随着机械变形（伸长或缩短）的变化而发生变化，这种现象称为金属的应变效应。

现有一根长度为l ，截面积为A ，电阻率为ρ的金属丝，如图2-5所示。

图2-5 金属应变效应未受力时，电阻值为S l R ρ= 当金属丝受到拉力F 作用时，将引起电阻值发生变化，电阻的相对变化量为SS l l R R ΔΔΔΔ-+=ρρ，当材料一定时，ρ不发生变化，电阻值的变化仅与金属丝长度和金属丝截面积的变化有关。

（2）弹性元件在应变式电阻传感器中起什么作用？答：弹性敏感元件是电阻式传感器的敏感元件，能直接感受到被测的量的变化。

（3）简述应变式电阻传感器测量电路的功能。

答：由于弹性敏感元件和应变片的应变量一般都很小，电阻值的变化量也很小，不易被观察、记录和传输，需要通过电桥电路将该电阻值的变化量放大，并转换成电压或电流信号。

（4）应变式电阻称重传感器的工作原理是什么？（5）电阻应变传感器测量加速度的原理是什么?答：当被测物体以加速度a 运动时，质量块受到一个与加速度方向相反的惯性力作用，悬臂梁在惯性力作用下产生弯曲变形，该变形被粘贴在悬臂梁上的应变片感受到并随之产生应变，从而使应变片的电阻值发生变化。

悬臂梁的应变在一定的频率范围内与质量块的加速度成正比，通过测量质量块悬臂梁的应变，便可知加速度的大小。

（6）试比较金属应变式传感器和半导体压电式传感器的异同点。

答：相同点：两者都是将应变力转换为电阻的变化。

不同点：金属应变式传感器是由于导体的长度和半径发生改变而引起电阻值的变化，而半导体应变式传感器是由于其载流子的迁移率发生变化而引起电阻值的变化。

作业4：3．问答题（1）简述电容式传感器的工作原理。

答：两平行极板组成的电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为式中，ε为极板间介质的介电常数，A 为两电极互相覆盖的有效面积，d 为两电极之间的距离。

测量固体材料泊松比和杨氏模量的新方法

测量固体材料泊松比和杨氏模量的新方法张晓峻;孙晶华;侯金弟;李俊东【摘要】介绍了一种测量固体材料的泊松比和杨氏模量的新方法.该方法根据声波在两种介质界面上发生折射和反射时的波形转换,由斯涅尔定律测出纵波声速和横波声速,利用固体材料的泊松比与纵波声速、横波声速及杨氏模量的关系,测得固体的泊松比和杨氏模量.通过示波器观测,现象直观,过程清楚,内容充实,注重操作,能调动学生的积极性,提高学生对实验的兴趣,启发创新思维.【期刊名称】《实验技术与管理》【年(卷),期】2019(036)004【总页数】5页(P75-78,86)【关键词】泊松比;杨氏模量;横波声速,纵波声速【作者】张晓峻;孙晶华;侯金弟;李俊东【作者单位】哈尔滨工程大学理学院,黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学理学院,黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学理学院,黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学理学院,黑龙江哈尔滨 150001【正文语种】中文【中图分类】O4-34杨氏模量和泊松比是描述固体材料抗变形能力的物理量[1]。

纵向应力与纵向应变的比例常数就是材料的弹性模量,也叫杨氏模量,是材料刚性的标志。

横向应变与纵向应变之比值称为泊松比,也叫横向变性系数,它是反映材料横向变形的弹性常数。

泊松比和杨氏模量是研究金属材料、光纤材料、半导体、纳米材料、聚合物、陶瓷、橡胶等材料力学性质的关键参数。

在工程应用中,泊松比和杨氏模量是机械零部件选用材料时的重要参考参数。

在物理实验教学中,杨氏模量的测量是大学物理实验中非常经典的实验项目之一,在大部分高校物理实验课程中都开设,而泊松比测定的实验项目开设很少。

测量杨氏模量常用的方法是静态拉伸法,利用光杠杆及望远镜尺组测量金属丝在拉伸状态下的微位移量[2],方法简单有效,但加载速度慢、存在驰豫过程,不能真实地反映材料内部结构的变化,且不适合脆性材料。

测量杨氏模量常用的另一种方法是动力学共振法,又称动态法或声频法,该方法需要专用仪器,成本较高,实验数据处理繁琐,操作时不易判断出对称型基频共振状态[3]。

超声波传播速度描述

在板波的产生中，只有满足如下条件时，才会形成共振，激励出较强的板波。
Sin=式中，CL--透声斜楔中的纵波速度;CP---薄板中板波的相速度;
---纵波入射角。
板波波速与频率、板厚的关系符合下述频率方程:
对称性(S):
=
非对称性(A):
=
实际检测中，若是频率单一的连续波，那么板波声速就是相速度;若是脉冲波，那么板波声速就是指群速度。
1.无限大固体介质中的声速
无限大固体介质是相对于波长而言的，当介质的尺寸远大于波长时，就可以视为无限大介质。
在无限大的固体介质中，纵波、横波、表面波的传播速度公式为:
CL=---(1)
CS=--(2)
CR=---(3)
式中E--介质中的杨氏弹性模量，等于介质承受的拉应力与相对伸长ΔL L之比。
---介质中的切变弹性模量，等于介质承受的切应力与切应变之比。G
---介质的密度，等于介质的质量M与其体积V之比。
---介质的泊松比，等于介质横向相对缩短1=与纵向相对伸长=之比。
由上述公式可知:
1)固体介质中的声速与介质的密度和弹性模量等有关，不同的介质，声速
不同;截止的弹性模量愈大，密度愈小，则声速愈大。
2)声速还与波的类型有关，在同一固体介质中，纵波、横波和表面波的声
铁7.70.2851805850~59003230铸铁6.9~7.33500~56002200~3200钢7.70.285880~59503230
铜8.90.35371047002260
有机玻璃1.180.32427301460
聚苯乙烯1.050.3412340~23501150环氧树脂1.1~1.252400~29001100
超声波传播速度描述

超声实验报告

超声实验报告近代物理实验报告实验名称:超声实验摘要：本实验通过使用一台数字智能化的“超声波分析测试仪”，利用超声波的特性测量其纵波和横波在钢和铝中的波速，进而计算固体介质常用参数，并利用利用超声扫描成像进行水下模拟观测。

一、实验目的１．了解超声波产生和发射的机理；２．了解超声探头的结构及作用；３．学习用超声法来测量固体介质常用参数的方法；４．学习超声扫描成像技术的应用。

二、实验原理1.超声波的发射和接收超声波换能器是使其他形式的能量转换成超声能量（称发射换能器）或使超声能量转换成其他易于检测的能量（称接收换能器），其中应用最多的是声电、电声换能器：当一个电脉冲作用到探头上时，探头就发射超声脉冲，反之，当一个超声脉冲作用到探头上时，探头就产生一个电脉冲。

有了探头，再配上电信号的产生和接收等装置，就构成了整套超声波检测系统。

产生超声波的方法有很多种，如热学法、力学法、静电法、电磁法、磁致伸缩法、激光法以及压电法等等，但应用得最普遍的方法是压电法。

1). 压电效应某些介电体在机械压力的作用下会发生形变，使得介电体内正负电荷中心相对位移以致介电体两端表面出现符号相反的束缚电荷，其电荷密度与压力成正比，这种由“压力”产生“电”的现象称为正压电效应，如1（a）所示。

(a)图1 压电效应示意图(a)正压电效应(b)逆压电效应反之，如果将具有压电效应的介电体置于外电场中，电场会使介质内部正负电荷中心位移，从而导致介电体产生形变，这种由“电”产生“机械形变”的现象称为逆压电效应，如图1（b）所示。

逆压电效应只产生于介电体，形变与外电场呈线性关系，且随外电场反向而改变符号。

如果对具有压电效应的材料施加交变电压，那么它在交变电场的作用下将发生交替的压缩和拉伸形变，由此而产生了振动，并且振动的频率与所施加的交变电压的频率相同，若所施加的电频率在超声波频率范围内，则所产生的振动是超声频的振动，即超声波的产生。

我们把这种振动耦合到弹性介质中去，那么在弹性介质中传播的波即为超声波，这利用的是逆1(b)近代物理实验报告压电效应，若利用正压电效应可将超声能转变成电能，这样就可实现超声波的接收。

固体中纵波和横波速度的测量(可编辑)

固体中纵波和横波速度的测量（可编辑）固体中纵波和横波速度的测量A-3 固体中纵波和横波速度的测量【实验目的】1.了解固体材料中弹性波的性质;2.了解固体材料的纵波和横波播速度的测量方法。

【实验内容】1.用多次回波法测量纵波速度;2.用脉冲重合法测量横波速度。

【实验原理与装置】一.实验原理1.脉冲回波法测量固体中纵波速度图1 纵波在固体中的多次反射超声探头发射的纵波脉冲进入固体后,以纵波速度在固体中传播,由于声波在固体前后两个表面会发生反射,利用超声探头可以接收到多次反射的信号。

假定相邻两次反射信号的时间差为t,样品的厚度为d,则可得到固体中纵波声速CL为:CL2d / t。

2.利用纵波探头测量固体中横波速度由于横波探头的频率通常比较低,若采用横波脉冲回波法测量,测量的误差比较大。

在本实验中,将利用纵波沿界面传播时的会产生以临界角传播的横波的性质,采用纵波探头测量横波速度。

如图2所示,把纵波探头放在样品的一侧并靠近上表面(Ld),入射纵波P1沿上表面传播时,由于界面的作用产生以临界角C传播的横波S1假定横波的速度为CS,则sinC CS/ CL,当横波S1到达下表面时会产生纵波PS1和反射波S2,…… 这样,通过接收产生的一系列纵波P1, PS1, PS2, …反射后到达探头的时间,就可以计算出横波的速度。

图2 纵波和横波的转化及在固体中传播两次纵波PSn与PSn+1的时间差 d/cosC/CS d tanC/CL ,则横波的速度CS 。

请自行推导CS的计算公式由于需要同时接收上下两个表面产生的声波,实验所使用的纵波换能器的发射面的有效直径略大于样品的厚度d,测量时把换能器面放在样品端面的中心处。

二.实验装置1.脉冲发生器用XC61A型脉冲发生器产生的电脉冲激励超声换能器产生声波。

电脉冲的触发周期、宽度和幅度可以按需要进行调整,使之与超声换能器匹配以产生较强的脉冲声波。

2.示波器本实验中采用泰克TDS210型数字示波器,可以直接读取信号的电压幅度、相对时间间隔等信息,可以保存多组波形用于比较。

材料的性能检测(5)_声学性能及测试方法

材料概论：第5讲材料的性能检测
5.5 声学性能及测试方法
1.2 磁致伸缩换能器
某些铁磁材料及其合金和某些铁氧体材料，在磁场作用下也会随磁场强度的变化发生长度的变化，这种现象称为磁致伸缩。
它是由于材料内自发磁化的磁畴转向外磁场方向的结果。因此，和压电材料一样，磁致伸缩材科也可用来产生振动。为了得到与外磁场频率相同的磁致伸缩振动，必须施加一恒定磁场 B0 和交变磁场 B。
当连续波振荡周期 T 正好等于第 q 个回波与第 (p+q) 个回波之间的时间间隔时，示波器上两个回波重合：
材料概论：第5讲材料的性能检测
5.5 声学性能及测试方法
2.6 脉冲回波叠加法
与脉冲回波重合法一样，脉冲回波叠加法也是使用单探头的脉冲回波法。所不同的是脉冲回波重合法是使用低的重复发射频率，把每一次发射中的两次回波取出，进行正确重合。而脉冲回波叠加法使用高重复发射频率，在回波没衰减完前，接连发射声波，把不同的发射中的回波叠加起来，当正确叠加时，叠加信号幅度最大。
材料概论
第5讲材料的性能检测
材料概论：第5讲材料的性能检测
第5讲材料的性能检测
5.1 基本力学性能及测试方法 5.2 磁学性能及测试方法 5.3 热学性能及测试方法 5.4 光学性能及测试方法 5.5 声学性能及测试方法 5.6 电学性能及测试方法 5.7 低维材料的性能与测试技术
材料概论：第5讲材料的性能检测
由实测试样的长度L，以及两相邻反射声脉冲到达的时间 t1 和 t2 就可以确定材科沿声传播方向的声速。
材料概论：第5讲材料的性能检测
5.5 声学性能及测试方法
2.4 脉冲回鸣法
脉冲回鸣法测声速的原理如图所示，由发射换能器产生的超声脉冲在试样中传播后被捡测换能器所接收，检测换能器的输出再经放大、整形和鉴别后立即重新触发发射电路。这样的过程不断地循环进行，就可以得到一重复周期 T的脉冲序列。该重复周期 T 等于声脉冲在材料中的传播时间和额外声延时之和

地球科学中的地震波传播规律

地球科学中的地震波传播规律地震是一种自然灾害，除了给人们带来人员和财物的损失以外，地震也可以从中发掘出关于地球内部结构和性质的信息。

地震波传播是地震学的重要内容之一。

经过多年的观测和研究，科学家们发现地震波在传播中遵循一定的规律，下面我们就来具体了解一下地震波传播的规律。

I. 地震波的类型地震波分为P波、S波和表面波三种类型。

其中P波又称为纵波或压缩波，是最快的一种波，可以在固体、液体和气体中传播。

它是一种沿着方向传播的波，如果我们比喻成像弹簧一样的东西传递能量，那么P波就是弹簧在传递能量的过程中，在弹力方向上发生的收缩和扩张的变化。

S波又称为横波或剪切波，它是在固体中沿着垂直方向传播，但是不能在液体和气体中传播。

它的传播方式类似一条绳子波在上下方向上的振动，对于一个有固体和液体层构成的地球，S波的传播速度比P波更慢。

表面波指的是沿着地球表面波浪形成的波，它s和P、S波不同，是由两种波叠加而成的，其中的一种波能量分布在地球内部，另一种波的振幅反映在地表上。

II. 地震波传播的速度地震波在传播过程中的速度是有限制的，并且在不同介质中传播的速度也会有所不同。

P波在固体、液体和气体中的传播速度分别为6km/s、8km/s和0.33km/s，由此可见P波在固体中的传播速度最快。

S波在固体中的传播速度为纵波的2/3，这是由于在固体中纵波和横波传播的速度是有比例关系的。

表面波传播的速度一般低于P波和S波，在不同介质中的速度也有所不同。

III. 地震波的反射、折射和衍射像光线一样，地震波在传播过程中也会发生反射、折射和衍射现象。

反射是指当地震波遇到不同密度介质的交界面，波会被反射回来，接着向原来的方向继续传播。

折射是指当地震波从一种介质到另一种介质时，传播方向会发生改变。

这种现象与光学中的光的折射类似。

衍射指的是地震波经过不同大小、形状的障碍物透过后，波的方向和强度的改变。

它的产生与光学中的衍射现象很相似。

IV. 地震波传播的应用地震波传播在地震学中有很重要的应用，可以帮助我们了解地球结构和性质。

横波声速和纵波声速的关系 -回复

横波声速和纵波声速的关系-回复横波声速和纵波声速是声波中重要的概念。

声波是一种通过介质传播的机械波，它可以分为横波和纵波。

在介质中传播时，声波的速度取决于介质的性质以及波的传播方式。

横波声速和纵波声速之间存在着一定的关系，本文将逐步回答这个问题。

首先，我们将从介质的性质入手来理解横波声速和纵波声速的区别。

介质是指声波传播的物质，它可以是固体、液体或气体。

不同的介质具有不同的性质，这会影响声波在其中传播的速度。

横波是指波动方向与波的传播方向垂直的波动。

比如，我们可以将一根绳子一端抬高并迅速放下，形成横波。

而纵波是指波动方向与波的传播方向平行的波动。

比如，在空气中振动物体，形成纵波。

其次，我们来探讨横波声速和纵波声速的具体定义和测量方法。

横波声速是指横波在介质中传播的速度，通常用符号vt表示。

纵波声速是指纵波在介质中传播的速度，通常用符号vp表示。

测量横波声速和纵波声速可以采用不同的方法。

例如，对于固体介质，我们可以通过测量固体的弹性模量和密度来计算声速。

对于液体和气体介质，我们可以通过声槽实验或共振实验等方法来测量声速。

然后，我们来分析横波声速和纵波声速的关系。

从理论上讲，横波声速和纵波声速之间没有明确的数学关系。

不同的介质对横波和纵波的传播速度有着不同的影响。

一般情况下，横波声速和纵波声速不相等，且横波声速通常小于纵波声速。

这是因为在大多数介质中，弹性模量在纵向比在横向大，从而导致纵波声速大于横波声速。

最后，我们来探讨横波声速和纵波声速的意义和应用。

横波和纵波的传播速度对声波的传播性质起着重要的影响。

比如，在地震定位和地质勘探中，通过测量地震波的纵波声速和横波声速，可以推断地下岩石和土壤的性质。

此外，在材料科学和工程中，横波声速和纵波声速也是重要的参数。

通过了解材料中声波的传播速度，可以评估材料的弹性性质、结构稳定性等。

综上所述，横波声速和纵波声速是声波传播中的重要概念。

它们分别指的是横波和纵波在介质中传播的速度。