Lamb波を用いた非線形超音波法によるボルト締結体の非破壊検査に関する研究
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21K03928
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 20010:Mechanics and mechatronics-related
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| Research Institution | Akita University |
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Principal Investigator |
福田 誠 秋田大学, 理工学研究科, 講師 (50507671)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 超音波 / 2次高調波 / サイドバンド / 非線形振動 / 有限要素解析 / 非線形 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，ボルト締結状態の新しい検査法を開拓するために，ボルト締結部において非線形振動により生じる2次高調波超音波に着目し，Lamb波を利用して締結部から離れた位置において超音波励起/検出する方法を研究する．はじめに，有限要素法によって，板状試料のボルト締結モデルを作成し，2次高調波の発生とLamb波の伝搬を解析する．これを明らかにした上で，二層型圧電振動子を用いた有限振幅超音波の発生と2次高調波を感度良く検出できるシステムにより，ボルトの軸力と2次高調波の関係について検討する．さらに，振動試験や温湿度試験を行い，これまでにない新しいボルト-ナットの締結状態の評価法の確立を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年では，非破壊検査の分野で非線形超音波を利用する方法について研究が進められている。これまでに申請者はボルトの塑性変形やねじ山間でCAN(接触型音響非線形性)により生じる2次高調波の検出を実験において確認している。しかし，ボルトに直接振動子を取り付けた検討であり，実際の環境ではボルト締結部が構造物の内部に存在するなど直接振動子を取り付けられない場合や，検査員が高所など容易に辿りつけない箇所にある場合が考えられる。そのため，離れた位置から超音波エネルギーをボルト締結部まで送り届け，さらにボルトで生じた2次高調波成分を離れた位置で検出することが課題となる。
本研究では，非線形超音波解析が可能な有限要素解析ソフトANSYSを利用して，締結部を想定した非線形超音波の発生と検出のシミュレーションを行った。平板中に閉じたき裂を模擬した欠陥を作成し，2次高調波成分が発生することを確認した。また，実験では伝搬過程や振動子接触部などで計測に不要な2次高調波が発生するため，それを抑制するwave mixing法について検討した。Lamb波は速度分散性があるため，wave mixingに適切な周波数やーを設定することで，従来法と遜色なくき裂からの2次高調波を発生でき，不要な高調波の抑制に繋げられる結果が得られた。
さらに，ポンプ波とプローブ波を用いてき裂からの2次高調波やサイドバンドについても，数値解析および実験により検討を行った。従来法ではき裂に対して2方向からポンプ波とプローブ波を入射していたが，1方向からそれぞれの波を送波できるよう同軸型振動子について検討した。振動子からき裂までの距離に応じて適切な同軸型の直径比率があることが確認された。
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Report
(3 results)
Research Products
(18 results)
