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2 Das Grundprinzip der Ultraschallmethode
2 Das Grundprinzip der Ultraschallmethode
2.1 Einführung
2.2 Geschwindigkeit von Longitudinalwellen in festen Körpern
2.3 Einfluss von Form und Größe des Probekörpers
2.4 Ultraschallfrequenz
Die Schallgeschwindigkeit in einem festen Körper hängt von der
Dichte und den elastischen Eigenschaften des Materials ab. Die
Qualität eines Werkstoffes hängt oft von dessen elastischen Ei-
genschaften ab. Ist die Schallgeschwindigkeit in einem Körper be-
kannt, so können auch dessen elastischen Eigenschaften beur-
teilt werden.
Es ist aber zu berücksichtigen, dass in inhomogenen Materiali-
en wie Ziegel oder Beton die Schallwellen intern gestreut werden.
Außerdem ist zu berücksichtigen, dass die Schallgeschwindigkeit
in der Gesteinskörnung unterschiedlich von der Schallgeschwin-
digkeit in der Mörtelmatrix ist.
Die Longitudinal-Geschwindigkeit eines Ultraschallpulses in einem
langen Körper ist gegeben durch: (siehe auch Kapitel 2.5):
2
E
= ̺v
mod
mit E : E-Modul (auch Young's Modul), ̺ : Dichte, v Schallge-
schwindigkeit
Die oben aufgeführte Gleichung kann für jeden Körper angewen-
det werden, dessen Durchschallungslänge nicht kürzer als die hal-
be Wellenlänge des Schalls im Festkörper ist. Allerdings treten
zusätzlich zu den Longitudinalwellen (Längswellen) noch Trans-
versalwellen, auch Scherwellen genannt, senkrecht zur Ausbrei-
tungsrichtung des Schalls, auf.
Die Schallgeschwindigkeit im Körper hängt nicht von der Frequenz
des Schallpulses ab. Allerdings nimmt die Dämpfung oder Ab-
schwächung des Signals im Körper mit höherer Schallgeschwin-
digkeit zu. Die Grunddämpfung des Signals in mineralischen Bau-
stoffen ist deutlich höher als z.B. in Metallen. Aus diesem Grund
versucht man hier mit möglichst niedrigen Schallfrequenzen, im
Bereich von 20 kHz bis 250 kHz zu arbeiten. So beträgt die Wel-
lenlänge bei 54 kHz Schallfrequenz im Wasser ca. 26 mm und im
Beton ca. 70 mm.
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