Loi de Snell-Descartes pour la réfraction des ondes ultrasonores
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.
La loi de Snell est une pierre angulaire de la physique des ondes, formulée à l'origine pour la lumière mais également applicable aux ondes sonores. Dans le domaine du contrôle par ultrasons, elle est indispensable pour concevoir des inspections où une approche directe est impossible. C'est le cas le plus fréquent dans l'inspection des soudures, où le capuchon de la soudure empêche de placer un transducteur directement sur le dessus. Au lieu de cela, on utilise un transducteur à faisceau angulaire, qui consiste en un élément piézoélectrique monté sur une cale en plastique.
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
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
Idées d'innovations potentielles
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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.
