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Loi de Snell-Descartes pour la réfraction des ondes ultrasonores

1940
  • Willebrord Snellius
Ultrasonic testing setup for weld inspection in manufacturing using Snell's Law.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

Lorsqu'un ultrasonique Si une onde frappe la frontière entre deux matériaux différents sous un certain angle, elle se réfracte ou change de direction. Ce phénomène est régi par la loi de Snell, qui établit un lien entre les angles d'incidence et de réfraction et la vitesse des ondes dans les deux milieux : [latex]\frac{\sin\theta_1}{c_1} = \frac{\sin\theta_2}{c_2}[/latex]. Ce principe est fondamental pour les essais par faisceau d'angle, utilisés pour inspecter les composants tels que les soudures qui ne sont pas accessibles directement par le haut.

Snell’s Law is a cornerstone of wave physics, originally formulated for light but equally applicable to sound waves. In ultrasonique testing, it is indispensable for designing inspections where a straight-on approach is impossible. This is most common in weld inspection, where the weld cap prevents placing a transducer directly on top. Instead, an angle beam transducer is used, which consists of a piezoelectric element mounted on a plastic wedge.

La formule [latex]\frac{\sin\theta_1}{c_1} = \frac{\sin\theta_2}{c_2}[/latex] dicte le comportement, où [latex]\theta_1[/latex] est l'angle d'incidence dans le premier milieu (le coin), [latex]c_1[/latex] est la vitesse du son dans le coin, [latex]\theta_2[/latex] est l'angle de réfraction dans le second milieu (l'éprouvette, par ex.g., acier), et [latex]c_2[/latex] est la vitesse du son dans l'éprouvette. En choisissant soigneusement l'angle du coin et le matériau, les inspecteurs peuvent générer une onde de cisaillement ou une onde longitudinale à un angle précis et désiré dans la pièce testée afin d'interroger efficacement le volume de la soudure.

Un aspect essentiel de ce phénomène est la conversion de mode. Lorsqu'une onde longitudinale frappe une interface à un certain angle, elle peut générer à la fois une onde longitudinale réfractée et une onde de cisaillement réfractée, chacune à un angle différent, comme le prévoit la loi de Snell (puisque les ondes de cisaillement et les ondes longitudinales ont des vitesses différentes). Les techniciens utilisent souvent l'onde de cisaillement générée car sa longueur d'onde plus courte offre une meilleure sensibilité aux petits défauts.

UNESCO Nomenclature: 3301
- Acoustique

Taper

Principe physique

Perturbation

Fondamentaux

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • Les travaux originaux de Willebrord Snellius sur la réfraction optique au 17e siècle
  • Principe de Huygens expliquant la propagation des ondes et les fronts d'onde
  • la compréhension que le son se comporte comme une onde et se propage à travers les solides
  • le développement de transducteurs d'angle et de cales pour l'inspection industrielle

Applications

  • inspection des soudures par poutre d'angle dans la fabrication et la construction
  • essais d'immersion de composants industriels de formes complexes
  • conception de cales coudées pour transducteurs à ultrasons
  • orientation du faisceau dans les ultrasons multiéléments médicaux
  • l'analyse des ondes sismiques en géophysique pour comprendre les couches terrestres

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

  • acoustique metamaterials that exhibit negative refraction for sound focusing and superlensing
  • logiciel de simulation en temps réel de trajectoires d'ondes ultrasonores complexes dans des matériaux anisotropes
  • sondes auto-étalonnées qui déterminent automatiquement la vitesse du matériau et corrigent l'angle du faisceau
  • goniomètres à ultrasons pour la mesure précise des constantes d'élasticité des matériaux
  • stimulation cérébrale non invasive utilisant des faisceaux d'ultrasons focalisés réfractés à travers le crâne
  • pinces acoustiques qui manipulent les particules à l'aide de champs sonores réfractés avec précision
  • modèles avancés de prévision météorologique utilisant la réfraction acoustique dans les couches atmosphériques
  • systèmes d'imagerie souterraine qui corrigent la réfraction à travers des strates géologiques complexes
  • fenêtres intelligentes avec propriétés de réfraction acoustique réglables pour la suppression du bruit
  • débitmètres à ultrasons qui utilisent des faisceaux réfractés pour mesurer la vitesse du fluide dans les tuyaux
En rapport avec : Loi de Snell, réfraction, contrôle par ultrasons, faisceau angulaire, conversion de mode, onde de cisaillement, CND, contrôle des soudures, propagation des ondes, acoustique.

Contexte historique

Loi de Snell-Descartes pour la réfraction des ondes ultrasonores

1930
1940
1940
1940
1940
1940
1940
1930
1934
1940
1940
1940
1940
1940
1945-01-01

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

10e année anniversaire

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