Akustische Eigenschaften: Unterschied zwischen den Versionen

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Akustische Eigenschaften

Grundlagen

Die akustischen Eigenschaften werden im Wesentlichen durch die Werkstoffkenngrößen Schallgeschwindigkeit und Schalldämpfung repräsentiert. Sie sind eng verknüpft mit den mechanischen Werkstoffkenngrößen Elastizitätsmodul (kurz: E-Modul) und Querkontraktionszahl sowie der Zähigkeit. Den Zusammenhang zwischen der Schallgeschwindigkeit v mit dem E-Modul M und der Querkontraktionszahl µ zeigt die folgende Gleichung:

v={\sqrt {\frac {M}{\rho }}}\cdot f(\mu )

.

(1)

Hierbei ist M der Modul, der je nach Anregungsart der Elastizitäts-, Schub- oder Kompressionsmodul sein kann und ρ die Massendichte (siehe: Dichte) des Werkstoffs. Im Falle von Longitudinalwellen (= Längswellen, d. h. Wellenausbreitung und Teilchenschwingungen sind parallel) geht Gl. (1) über in

v={\sqrt {{\frac {E}{\rho }}\cdot {\frac {1-\mu }{(1+\mu )(1-2\mu )}}}}

.

(2)

Schalldämpfung und Schalldämpfungskoeffizient

Die Schalldämpfung zeigt aufgrund der inneren Reibung der Volumenelemente beim Durchgang der Welle durch das Medium eine exponentielle Abhängigkeit der Schallintensität:

I(x)=I_{0}\ e^{-2\alpha x}

.

(3)

Der Faktor 2 entsteht durch den doppelten Schallweg im Impuls-Echo-Verfahren. Der Faktor α im Exponenten der Gl. (3) ist der Schalldämpfungskoeffizient; er besitzt die Dimension 1/m und stellt damit einen werkstoffspezifischen Kennwert dar, der aber von der Messfrequenz abhängig ist:

\alpha =\alpha (\omega )\!

.

(4)

Temperaturabhängigkeit der akustischen Eigenschaften

Speziell Kunststoffe besitzen eine starke Temperaturabhängigkeit der akustischen und mechanischen Eigenschaften, die insbesondere das viskoelastische Verhalten und die Dämpfung (Gl. (5)) dieser Materialien beeinflusst.

\alpha ={\frac {4\eta (T)}{3\rho c^{3}}}\omega ^{2}

.

(5)

In der nachfolgenden Tabelle sind einige Schallgeschwindigkeiten und spezifische Dämpfungen ausgewählter Werkstoffe aufgelistet.

Werkstoff	Schallgeschwindigkeit (long.) v_s (m s^-1)	Spezifische Dämpfung V (dB mm^-1)
Stahl	5900	0,25
Aluminium	6400	0,13
Messing	4300	0,15
synthetischer Kautschuk	1460	4,12
PMMA	2540	0,31
PS	2350	2,07
PVC	2300	1,85
PA 6	2570	2,38
PP	2550	2,26
PE	1800	2,26
Derakane 411	2400	0,55
Derakane 470	2700	0,33
Derakane 411 (36 M.-% GF)	2510	0,70
Derakane 411 (70 M.-% GF)	3050	0,50

Siehe auch

Literaturhinweise

Šutilov, V. A.: Physik des Ultraschalls. Akademie Verlag, Berlin (1984) (ISBN 978-3-7091-8750-0)

Šutilov, V. A.; Hauptmann, P.: Physik des Ultraschalls. Springer Wien (ISBN 978-3-7091-8751-7)

Kuttruff, H.: Akustik – Eine Einführung. S. Hirzel Verlag, Stuttgart Leipzig (2004) (ISBN 978-3-7776-1244-7)

Koschkin, N. I., Schirkewitsch, M. G.: Elementare Physik. Akademie Verlag, Berlin (1987) (ISBN 978-3-4461-4893-2)

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 <span style="font-size:1.2em;font-weight:bold;">Akustische Eigenschaften</span>
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 ==Grundlagen==
-Die akustischen Eigenschaften werden im Wesentlichen durch die [[Werkstoffkennwert]]e [[Schallgeschwindigkeit]] und Schalldämpfung repräsentiert. Sie sind eng verknüpft mit den mechanischen [[Werkstoffkenngröße]]n [[Elastizitätsmodul]] (kurz: E-Modul) und [[Querkontraktion]]szahl sowie der [[Zähigkeit]]. Den Zusammenhang zwischen der Schallgeschwindigkeit v mit dem E-Modul M und der Querkontraktionszahl µ zeigt die folgende Gleichung:
+Die akustischen Eigenschaften werden im Wesentlichen durch die [[Werkstoffkenngröße]]n [[Schallgeschwindigkeit]] und Schalldämpfung repräsentiert. Sie sind eng verknüpft mit den mechanischen [[Werkstoffkenngröße]]n [[Elastizitätsmodul]] (kurz: E-Modul) und [[Querkontraktion]]szahl sowie der [[Zähigkeit]]. Den Zusammenhang zwischen der Schallgeschwindigkeit v mit dem E-Modul M und der Querkontraktionszahl µ zeigt die folgende Gleichung:
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-Hierbei ist M der Modul, der je nach Anregungsart der [[Elastizität]]s-, [[Schubmodul|Schub]]- oder [[Energieelastizität|Kompressionsmodul]] sein kann und ρ die Massendichte (siehe: [[Dichte]]) des Werkstoffs. Im Falle von Longitudinalwellen (= Längswellen, d. h. Wellenausbreitung und Teilchenschwingungen sind parallel) geht Gleichung (1) über in
+Hierbei ist M der Modul, der je nach Anregungsart der [[Elastizität]]s-, [[Schubmodul|Schub]]- oder [[Energieelastizität|Kompressionsmodul]] sein kann und ρ die Massendichte (siehe: [[Dichte]]) des [[Werkstoff & Material|Werkstoffs]]. Im Falle von Longitudinalwellen (= Längswellen, d. h. Wellenausbreitung und Teilchenschwingungen sind parallel) geht Gl. (1) über in
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 ==Temperaturabhängigkeit der akustischen Eigenschaften==
-Speziell [[Kunststoffe]] besitzen eine starke Temperaturabhängigkeit der akustischen und mechanischen Eigenschaften, die insbesondere das [[Viskoelastisches Werkstoffverhalten|viskoelastische Verhalten]] und die Dämpfung (Gl. 5) dieser Materialien beeinflusst.
+Speziell [[Kunststoffe]] besitzen eine starke Temperaturabhängigkeit der akustischen und mechanischen Eigenschaften, die insbesondere das [[Viskoelastisches Werkstoffverhalten|viskoelastische Verhalten]] und die Dämpfung (Gl. (5)) dieser [[Werkstoff_&_Material|Materialien]] beeinflusst.
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-In der nachfolgenden '''Tabelle''' sind einige Schallgeschwindigkeiten und spezifische Dämpfungen ausgewählter Werkstoffe aufgelistet.
+In der nachfolgenden '''Tabelle''' sind einige Schallgeschwindigkeiten und spezifische Dämpfungen ausgewählter [[Werkstoff_&_Material|Werkstoffe]] aufgelistet.
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+{|class="alttable" border="1px" style="border-collapse:collapse"
 !! style="width:200px; background:#DCDCDC" | Werkstoff
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 *[[Klangprüfung]]
+==Literaturhinweise==
-'''Literaturhinweise'''
+* Šutilov, V. A.: Physik des Ultraschalls. Akademie Verlag, Berlin (1984) (ISBN 978-3-7091-8750-0)
+* Šutilov, V. A.; Hauptmann, P.: Physik des Ultraschalls. Springer Wien (ISBN 978-3-7091-8751-7)
+* Kuttruff, H.: Akustik – Eine Einführung. S. Hirzel Verlag, Stuttgart Leipzig (2004) (ISBN 978-3-7776-1244-7)
-* Šutilov, V. A.: Physik des Ultraschalls. Akademie Verlag, Berlin (1984) (ISBN 978-3-7091-8750-0)
-* Šutilov, V. A.; Hauptmann, P.: Physik des Ultraschalls. Springer Wien (ISBN 978-3-7091-8751-7)
-* Kuttruff, H.: Akustik – Eine Einführung. S. Hirzel Verlag, Stuttgart Leipzig (2004)(ISBN 978-3-7776-1244-7)
 * Koschkin, N. I., Schirkewitsch, M. G.: Elementare Physik. Akademie Verlag, Berlin (1987) (ISBN 978-3-4461-4893-2)
 [[Kategorie:Akustische Prüfverfahren Ultraschall]]