固体の音速計算機

固体中の音は、原子や分子が隣接する粒子を弾性的に押し引きすることで伝わる機械的な乱れです。固体は通常、縦波、横波、表面波など複数の波動モードを伝えます。この計算機は、横方向に自由に変形できる細長い棒の縦波速度を推定します。この仮定では、速度はヤング率を質量密度で割った値の平方根となり、c = √(E/ρ) で表されます。 ヤング率は軸方向の剛性を示します。値が大きい材料では小さな弾性ひずみに対して大きな応力が生じるため、乱れが速く伝わります。密度は慣性を表し、逆の作用をします。同じ剛性なら、密度が大きいほど波の速度は低くなります。計算機はヤング率をギガパスカルで受け取り、式に適用する前にパスカルへ変換します。密度はキログラム毎立方メートルで入力し、速度をメートル毎秒で直接得られます。 たとえば、公称値 E = 200 GPa、密度 7,850 kg/m³ の鋼棒では、縦波速度は 5,047.54 m/s と推定されます。アルミニウムはヤング率が低い一方で密度も大幅に低く、棒の速度は近い値の 5,091.75 m/s になります。これは密度だけでは音響特性を予測できないことを示します。ガラス、ポリマー、木材、コンクリート、複合材には、それぞれ正確な等級、方向、温度、含水状態に合う代表値が必要です。 細長い棒の式は、無限に広がる等方性固体のバルク縦波の式とは異なります。厚い物体では横ひずみが拘束され、ポアソン比が結果に影響します。対応するバルク速度は √(E(1−ν)/(ρ(1+ν)(1−2ν))) で、横波速度はせん断弾性率に依存します。板やブロックの超音波検査では、棒の結果をそのまま適用せず、探触子と試験体に適したモードと形状の式を使用してください。 この計算機は授業の演習、超音波伝播時間の初期推定、棒の共振研究、候補材料の比較に役立ちます。経路長を速度で割ると片道の伝播時間を推定でき、エコー測定ではパルスの全経路を考慮します。公表される材料特性は公称値で、合金の調質状態、熱処理、気孔率、結晶粒の方向、応力、温度によって変わります。厚さや欠陥位置を保証する必要がある場合は、寸法が既知で材質が一致する基準試験片で装置を校正してください。