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1、张红霞 2011年11月6日,第二章 超声检测的物理基础习题,一、是非题,2.1 波动过程中能量传播是靠相邻两质点的相互碰撞来完成的。( ) 2.2 波只能在弹性介质中产生和传播。( ) 2.3 由于机械波是由机械振动产生的，所以波动频率等于振动频率。( ) 2.4 由于机械波是由机械振动产生的，所以波长等于振幅。( ) 2.5 传声介质的弹性模量越大，密度越小，声速就越高。( ) 2.6 物体作谐振动时，在平衡位置的势能为零。( ) 2.7 一般固体介质中声速随温度升高而增大。( ),2.8 由端角反射率试验结果推断,使用K2.5 的探头探测单面焊焊缝根部未焊透缺陷，灵敏度较低，可能造成漏检
2、。( ) 2.9 超声波扩散衰减的大小与介质无关。( ) 2.10 超声波的频率越高，传播速度越快。( ) 2.11 介质能传播横波和表面波的必要条件是介质具有切变弹性模量。( ) 2.12 频率相同的纵波，在水中的波长大于在钢中的波长。( ) 2.13 既然水波能在水面传播，那么超声表面波也能沿液体表面传播。( ),2.14 因为超声波是由机械振动产生的,所以超声波在介质中的传播速度即为质点的振动速度。( ) 2.15 如材质相同，细钢棒（直径）与钢锻件中的声速相同。( ) 2.16 在同种固体材料中，纵、横波声速之比为常数。( ) 2.17 不同的固体介质，弹性模量越大，密度越大，则声速越
3、大。( ) 2.18 表面波在介质表面作椭圆振动，椭圆的长轴平行于波的传播方向。( ) 2.19 波的叠加原理说明,几列波在同一介质中传播并相遇时,都可以合成一个波继续传播。 ( ),2.20 在超声波传播方向上，单位面积，单位时间通过的超声能量叫声强。( ) 2.21 超声波的能量远大于声波的能量，1M Hz 的超声波的能量相当于1K Hz 声波能量的100万倍。( ) 2.22 声压差2 倍，则两信号的分贝差为6dB（分贝）。( ) 2.23 材料的声阻抗越大，超声波传播时衰减越大。( ) 2.24 平面波垂直入射到界面上，入射声压等于透射声压和反射声压之和。( ) 2.25 平面波垂直入
4、射到界面上，入射能量等于透射能量与反射能量之和。( ),2.26 超声波的扩散衰减与波型，声程和传声介质、晶粒度有关。( ) 2.27 对同一材料而言，横波的衰减系数比纵波大得多。( ) 2.28 界面上入射声束的折射角等于反射角。( ) 2.29 当声束以一定角度入射到不同介质的界面上，会发生波型转换。( ) 2.30 在同一固体材料中，传播纵、横波时声阻抗不一样。( ) 2.31 声阻抗是衡量介质声学特性的重要参数，温度变化对材料的声阻抗无任何影响。( ) 2.32 超声波垂直入射到平界面时，声强反射率与声强透射率之和等于1。( ),2.33 超声波垂直入射到异质界面时，界面一侧的总声压等
5、于另一侧的总声压。( ) 2.34 超声波垂直入射到Z2Z1的界面时,声压透过率大于1,说明界面有增强声压的作用。( ) 2.35 超声波垂直入射到异质界面时,当底面全反射时,声压往复透射率与声强透射率在数值上相等。( ) 2.36 超声波垂直入射时，界面两侧介质声阻抗差愈小，声压往复透射率愈低。( ) 2.37 当钢中的气隙(如裂纹)厚度一定时，超声波频率增加，反射波高也随着增加。( ) 2.38 超声波倾斜入射到异质界面时，同种波型的反射角等于折射角。( ),2.39 超声波倾斜入射到异质界面时，同种波型的折射角总大于入射角。( ) 2.40 超声波以10角入射至水/钢界面时，反射角等于1
6、0。( ) 2.41 超声波入射至钢/水界面时，第一临界角约为14.5。( ) 2.42 第二介质中折射的横波平行于界面时的纵波入射角为第一临界角。( ) 2.43 如果有机玻璃/铝界面的第一临界角大于有机玻璃/钢界面第一临界角,则前者的第二临界角也一定大于后者。( ) 2.44 只有当第一介质为固体介质时，才会有第三临界角。( ),2.45 横波斜入射至钢/空气界面时，入射角在30左右时，横波声压反射率最低。( ) 2.46 超声波入射到C1C2的凹曲面时，其透过波发散。( ) 2.47 超声波入射到1C2的凸曲面时，其透过波集聚。( ) 2.48 以有机玻璃作声透镜的水浸聚焦探头，有机玻璃
7、/水界面为凹曲面。( ) 2.49 介质的声阻抗愈大,引起的超声波的衰减愈严重. ( ) 2.50 聚焦探头辐射的声波，在材质中的衰减小。( ) 2.51 超声波探伤中所指的衰减仅为材料对声波的吸收作用。( ) 2.52 超声平面波不存在材质衰减。( ),二、选择题,2.1 以下关于谐振动的叙述，哪一条是错误的( ) A 谐振动就是质点在作匀速圆周运动； B 任何复杂振动都可视为多个谐振动的合成； C 在谐振动中，质点在位移最大处受力最大，速度为零； D 在谐振动中，质点在平衡位置速度最大，受力为零。 2.2 超声波在弹性介质中传播时，下面哪句话是错误的（ ） A 介质由近及远，一层一层地振动
8、 B 能量逐层向前传播 C 遇到障碍物的尺寸只要大于声束宽度就会全部反射 D 遇到很小的缺陷会产生绕射,C,A,2.3 超声波是频率超出人耳听觉的弹性机械波，其频率范围约为( ) A 高于20000Hz B 110MHz C 高于200Hz D 0.2515MHz 2.4 在金属材料的超声波探伤中，使用最多的频率范围是：( ) A 1025MHz B 11000KHz C 15MHz D 大于20000MHz 2.5 机械波的波速取决于( ) A 机械振动中质点的速度 B 机械振动中质点的振幅 C 机械振动中质点的振动频率 D 弹性介质的特性,C,A,D,2.6 在同种固体材料中，纵波声速CL
9、，横波声速CS，表面波声速CR之间的关系是：( ) A CRCSCL B CSCLCR C CLCSCR D 以上都不对 2.7 在下列不同类型超声波中，哪种波的传播速度随频率的不同而改变?( ) A 表面波 B 板波 C 疏密波 D 剪切波 2.8 超声波入射到异质界面时，可能发生( ) A 反射 B 折射 C 波型转换 D 以上都是 2.9 超声波在介质中的传播速度与( )有关。 A 介质的弹性 B 介质的密度 C 超声波波型 D 以上全部,C,D,B,D,2.10 在同一固体材料中，纵、横波声速之比，与材料的( )有关? A 密度 B 弹性模量 C 泊松比 D 以上全部 2.11 质点振
10、动方向垂直于波的传播方向的波是：( ) A 纵波 B 横波 C 表面波 D 兰姆波 2.12 在流体中可传播：( ) A 纵波 B 横波 C 纵波、横波及表面波 D 切变波 2.13 超声纵波、横波和表面波速度主要取决于：( ) A 频率 B 传声介质的几何尺寸 C 传声材料的弹性模量和密度 D 以上都不全面，须视具体情况而定,C,B,A,C,2.14 超声波声速c、波长与频率f 之间的关系为（ ） A c=f B f=c C = cf D c=f2 2.15 钢中超声波纵波声速为590000cm/s，若频率为10MHz则其波长为：( ) A 59mm B 5.9mm C 0.59mm D 2
11、.36mm 2.16 下面哪种超声波的波长最短( ) A 水中传播的2MHz纵波 B 钢中传播的2.5MHz横波 C 钢中传播的5MHz纵波 D 钢中传播的2MHz表面波,A,C,A,2.17 一般认为表面波作用于物体的深度大约为( ) A 半个波长 B 一个波长 C 两个波长 D 3.7个波长 2.18 钢中表面波的能量大约在距表面多深的距离会降低到原来的1/25。( ) A 五个波长 B 一个波长 C 1/10 波长 D 0.5波长 2.19 脉冲反射法超声波探伤主要利用超声波传播过程中的（ ） A 散射特性 B 反射特性 C 透射特性 D 扩散特性 2.20 超声波在弹性介质中传播时有(
12、 ) A 质点振动和质点移动 B 质点振动和振动传递 C 质点振动和能量传播 D B和C,C,B,B,D,2.21 超声波在弹性介质中的速度是( ) A 质点振动的速度 B 声能的传播速度 C 波长和传播时间的乘积 D 以上都不是 2.22 若频率一定，下列哪种波型在固体弹性介质中传播的波长最短：( ) A 剪切波 B 压缩波 C 横波 D 瑞利表面波 2.23 材料的声速和密度的乘积称为声阻抗，它将影响超声波( ) A 在传播时的材质衰减 B 从一个介质到达另一个介质时在界面上反射和透射 C 在传播时的散射 D 扩散角大小,B,D,B,2.24 声阻抗是：( ) A 超声振动的参数 B 界面
13、的参数 C 传声介质的参数 D 以上都不对 2.25 当超声纵波由水垂直射向钢时，其声压透射率大于1，这意味着：( ) A 能量守恒定律在这里不起作用 B 透射能量大于入射能量 C A与B都对 D 以上都不对 2.26 当超声纵波由钢垂直射向水时，其声压反射率小于0，这意味着：( ) A 透射能量大于入射能量 B 反射超声波振动相位与入射声波互成180 C 超声波无法透入水中 D 以上都不对,C,D,B,2.27 垂直入射到异质界面的超声波束的反射声压和透射声压：( ) A 与界面两边材料的声速有关 B 与界面两边材料的密度有关 C 与界面两边材料的声阻抗有关 D 与入射声波波型有关 2.28
14、 在液浸探伤中，哪种波会迅速衰减：( ) A 纵波 B 横波 C 表面波 D 切变波 2.29 超声波传播过程中，遇到尺寸与波长相当的障碍物时，将发生( ) A 只绕射，无反射 B 既反射，又绕射 C 只反射，无绕射 D 以上都可能,C,C,B,2.30 在同一固体介质中，当分别传播纵、横波时，它的声阻抗将是( ) A 一样 B 传播横波时大 C 传播纵波时大 D 无法确定 2.31 超声波垂直入射到异质界面时，反射波与透过波声能的分配比例取决于( ) A 界面两侧介质的声速 B 界面两侧介质的衰减系数 C 界面两侧介质的声阻抗 D 以上全部 2.32 在同一界面上，声强透射率T与声压反射率r
15、之间的关系是( ) A T=r2 B T=1r2 C 1r D T=1r,C,C,B,2.33 在同一界面上，声强反射率R与声强透射率T之间的关系是( ) A R+T=1 B T=1R C R=1T D 以上全对 2.34 超声波倾斜入射至异质界面时，其传播方向的改变主要取决于( ) A 界面两侧介质的声阻抗 B 界面两侧介质的声速 C 界面两侧介质衰减系数 D 以上全部 2.35 倾斜入射到异质界面的超声波束的反射声压与透射声压与哪一因素有关( ) A 反射波波型 B 入射角度 C 界面两侧的声阻抗 D 以上都是,D,B,D,2.37 一般地说，如果频率相同，则在粗晶材料中穿透能力最强的振动
16、波型为：( ) A 表面波 B 纵波 C 横波 D 三种波型的穿透力相同 2.38 不同振动频率，而在钢中有最高声速的波型是：( ) A 0.5MHz的纵波 B 2.5MHz的横波 C 10MHz的爬波 D 5MHz的表面波 2.39 在水/钢界面上，水中入射角为17，在钢中传播的主要振动波型为：( ) A 表面波 B 横波 C 纵波 D B和C,B,A,B,2.40 当超声纵波由有机玻璃以入射角15射向钢界面时，可能存在：( ) A 反射纵波 B 反射横波 C 折射纵波和折射横波 D 以上都有 2.41 如果将用于钢的K2探头去探测铝(CFe=3.23km/s,CAl=3.10km/s),则
17、K值会( ) A 大于2 B 小于2 C 仍等于2 D 还需其它参数才能确定 2.42 如果超声纵波由水以20入射到钢界面，则在钢中横波折射角为：( ) A 约48 B 约24 C 39 D 以上都不对,D,B,A,2.43 第一临界角是：( ) A 折射纵波等于90时的横波入射角 B 折射横波等于90时的纵波入射角 C 折射纵波等于90时的纵波入射角 D 入射纵波接近90时的折射角 2.44 第二临界角是：( ) A 纵波折射角等于90时的横波入射角 B 横波折射角等于90时的纵波入射角 C 纵波折射角等于90时的纵波入射角 D 纵波入射角接近90时的折射角,C,B,2.45 要在工件中得到
18、纯横波，探头入射角必须：( ) A 大于第二临界角 B 大于第一临界角 C 在第一、第二临界角之间 D 小于第二临界角 2.46 一般均要求斜探头楔块材料的纵波速度小于被检材料的纵波声速，因为只有这样才有可能：( ) A 在工件中得到纯横波 B 得到良好的声束指向性 C 实现声束聚焦 D 减少近场区的影响 2.51 用4MHz钢质保护膜直探头经甘油耦合后，对钢试件进行探测，若要得到最佳透声效果，其耦合层厚度为(甘油C=1920m/s)( ) A 2.45mm B 0.20mm C 0.7375mm D 0.24mm,C,D,A,2.52 用直探头以水为透声楔块使钢板对接焊缝中得到横波检测，此时
19、探头声束轴线相对于探测面的倾角范围为：( ) A 14.727.7 B 62.375.3 C 27.256.7 D 不受限制 2.53 有一不锈钢复合钢板，不锈钢复合层声阻抗Z1，基体钢板声阻抗Z2，今从钢板一侧以2.5MHz直探头直接接触法探测，则界面上声压透射率公式为：( ) 2.54 由材质衰减引起的超声波减弱dB数等于：( ) A 衰减系数与声程的乘积 B 衰减系数与深度的乘积 C (为衰减系数，s为声程) D 以上都不对,B,C,C,2.55 超声波(活塞波)在非均匀介质中传播，引起声能衰减的原因是：( ) A 介质对超声波的吸收 B 介质对超声波的散射 C 声束扩散 D 以上全部
20、2.56 斜探头直接接触法探测钢板焊缝时，其横波：( ) A 在有机玻璃斜楔块中产生 B 从晶片上直接产生 C 在有机玻璃与耦合层界面上产生 D 在耦合层与钢板界面上产生 2.57 制作凹曲面的聚焦透镜时,若透镜材料声速为C1, 第二透声介质声速为C2, 则两者材料应满足如下关系 ( ) A C1C2 B C1C2 C C1C2 D Z1Z2,D,D,B,2.58 当聚焦探头声透镜的曲率半径增大时，透镜焦距将：( ) A 增大 B 不变 C 减小 D 以上都不对 2.60 介质的吸收衰减与频率的关系是( ) A 与频率成反比 B 与频率成正比 C 与频率的平方成正比 D 与频率的平方成反比 2
21、.61 由材料晶粒粗大而引起的衰减属于( ) A 扩散衰减 B 散射衰减 C 吸收衰减 D 以上都是,A,B,B,2.62 与超声频率无关的衰减方式是( ) A 扩散衰减 B 散射衰减 C 吸收衰减 D 以上都是 2.63 下面有关材料衰减的叙述，哪句话是错误的：( ) A 横波衰减比纵波严重 B 固体材料的衰减系数一般随温度上升而增大 C 当晶粒度大于波长1/10时对探伤有显著影响 D 提高增益可完全克服衰减对探伤的影响,A,D,1.1 已知铝的纵波声速CL为6300 m/s，横波声速Cs为3100 m/s，试计算频率f为2 MHz的声波在铝中的纵、横波波长？,解：已知CL=6300 m/s
22、, Cs=3100 m /s f=2106 Hz =C/f,纵波L=CL/f=6300103/2106=3.15(mm),横波s=Cs/f=3100103/2106=1.55(mm),答：频率f为2 MHz的声波在铝中的纵波波长为3.15mm，横波波长为1.55mm。,三、计算题,1.2 甘油的密度= 1270kg/m3 , 纵波声速CL=1900m/s , 试计算其声阻抗Z ？,解：已知CL=1900m/s1.9103 m/s,=1270 kg/m3=1.27103 kg/m3,Z=C=12701900 =2.4106 kg/m2s,答：甘油的声阻抗为2.4106 kg/m2s,1.3 显示
23、屏上有一波为40% , 若衰减12dB以后该波高为多少？若增益6dB以后波高又多少？,解: (1) 衰减12dB以后该波高为x1%,1 = 20lgx1/x=-12,x1=10%,(2) 设增益6dB以后该波高为x2%,2= 20lgx2/x,x2=80%,答：衰减12dB以后该波高为10%，增益6dB以后波高为80% 。,1.4 已知超声波探伤仪显示屏上有A、B、C三个波, 其中A波高为满刻度的80% , B波高为满刻度的50% , C波高为满刻度的20% 。 (1) 设A波为基准(0dB) , 那么B、C 波高各为多少dB ？ (2) 设B波为基准(10dB), 那么A、C 波高各为多少d
24、B ？ (3) 设C波为基准(-8dB), 那么A、B 波高各为多少dB ？,1.5 超声波垂直入射至水/钢界面,已知水的声速CL1=1500m/s , 钢中声速CL2= 5900m/s , 钢密度2 = 7800kg/m3 , 试计算界面声压反射率、声压透射率、声强反射率、声强透射率？,解：已知: CL1=1500m/s； CL2= 5900m/s； 2=7800 kg/m3；1=1000 kg/m3,Z1=1CL1= 10001500= 1.5106kg/m2.s,Z2=2CL2= 78005900=46106kg/m2.s,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
25、0.88、声强透射率为0.12,1.6 已知超声波在有机玻璃中的CL1=2730m/s，钢中CL2=5900m/s，CS2=3230m/s，求超声波纵波倾斜入射到有机玻璃/钢界面时的第一临界角aI和第二临界角a为多少？ 并指出探测钢材用有机玻璃横波和表面波探头入射角的范围。,解：已知: CL1=2730m/s ；CL2=5900m/s ；CS2=3230m/s,答：第一临界角I为27.60、第二临界角为57.7 探测钢材用有机玻璃横波入射角范围为27.6057.7,1.7 已知超声波有机玻璃中CL1=2730m/s，钢中CS2=3230m/s，CL2=5900m/s，求检测钢的有机玻璃K2(K
26、=tgS=2)横波斜探头的纵波入射角aL为多少？,已知: CL1=2730m/s; CL2=5900m/s; CS2=3230m/s; K=2,解: K=tgS=2 则S=63.4,由sinL/CL1=sinS/CS2,答： K2横波斜探头纵波入射角aL为 49.1,1.8 已知 钢中CL1=5900m/s，Cs=3230m/s，水中CL2=1480m/s, 超声波倾斜入射到水/钢界面。 求 : (1) aL= 10时对应的L和S (2) S=45时对应的aL,解 : (1) aL = 10 时对应的L和S,L =43.8,S =22.3,(2) S=45时对应的L,L =18.9,答：L=1
27、0时对应的L为43.8和S为22.3；S=45时对应的L为18.9,1.9 某工件厚度T=240mm，测得第一次底波为满刻度的90%，第二次底波为15%，如果忽略反射损失，试计算该材料的衰减系数？,解：衰减系数,答：该材料的衰减系数为0.02dB/mm,1.10 用2.5MHz、20mm的探头测定500 mm厚的钢饼形锻件的衰减系数,现测得完好区域的B1与B2波高差7dB , CL=5900m/s 求此钢锻件的介质衰减系数为多少？(不计反射损失),解: 近场区长度,3N=42.43=127.2mm,T=500mm3N 故可用厚件衰减系数公式,答：此钢锻件的介质衰减系数为1.010-3 dB/m
28、m,1.11 显示屏上有一个波高为满刻度的100%，但不饱和，问衰减多少分贝后该波波高正好达10%?,1.12 5P2010K2 斜探头，楔块中声速CL1=2700m/s 钢中声速CL2=5900m/s， CS2=3200m/s，求探头的入射角为多少度？,解：K=tan=2, =tan-1263.4,sin-10.755=49,答：探头的入射角为49,1.13 用2 MHz14直探头探测厚度为400 mm的饼形锻件，一次底波高度为100 时，二次底波高度为15已知地面反射损失2 dB，求该材料衰减系数？,解：衰减系数,答：该材料衰减系数为0.015dB/mm。,1.14 已知钢中CS=3230m/s，某硬质合金中CS=4000m/s，铝中CS=3080m/s，求用检测钢的K1横波探头检测该硬质合金和铝时的实际K值是多少？,解：,K=1，=45,铝=arcsin(3080/3230)sin45=42.4 K铝=0.912,硬质合金=arcsin(4000/3230)sin45=61.1 K硬质合金=1.8,Thanks!,