在前几章我们详细讨论了流体中的非线性声学,下面将研究介质为固体时的情形。在线性声学中我们早已知道,当介质为流体时,描写介质的弹性常数只有一个(如压缩系数),而对于各向同性的固体,线性弹性系数却有两个。但在非线性声学中,对流体而言,描写介质的二阶非线性参数也只有一个,即B/A,而对于固体介质,非线性弹性常数(在二级近似下,称这种非线性弹性常数为三阶弹性常数,有的书中表之为TOE,是取英文third一order elasticity的字头缩写)却不止一个,最少的是各向同性固体,有3个独立的三阶弹性常数,对于对称度最高的立方晶系来说,独立的三阶常数有6个,而最一般的固体有56个TOE。
下面将可看到,如果将弹性能展成应变的多项式,二次方项前面的系数正好是线性弹性常数,而应变的三次方项前面的系数正是非线性弹性系数,故有的著作中将前者称为二阶弹性常数,后者称为三阶弹性常数。如果讨论的范围延伸到更高阶的项,则会出现四阶弹性常数、五阶弹性常数等,本书只讨论到三阶常数为止,关于更高阶的常数,有兴趣的读者可查阅有关文献①。
研究各阶弹性常数是非常重要的工作,由于它们已经与固体的结构,如晶体的晶格常数紧密联系起来了。众所周知,二阶弹性常数能够从测量声波的速度反映出来,波在传播过程中碰到弹性常数有变化的地方,会产生反射和折射,人们利用这些参数进行无损检测,也就是说,对弹性参数的测量能够提供检测信息。在流体中我们已经知道,除了利用声波速(或者阻抗)作为检测的特征参数以外,近年来还利用非线性参数B/A来作为新的特征参数,从而增加了探测信息,于是可以预期,利用三阶弹性常数这组特征参数,将对固体结构,晶格因而对无损检测提供更多更有用的信息,特别对于金属的缺陷和位错检查将会提供一种有力的工具。
展开