2014 Fiscal Year Annual Research Report
高感度な欠陥可視化を目指した多重モードラム波時間反転法の確立
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14J02190
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
森 直樹 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | ラム波 / ガイド波 / 不完全接合部 / 閉口き裂 / 薄肉構造 / 非破壊評価 / 機械材料・材料力学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
「高感度な欠陥可視化を目指す多重モードラム波時間反転法」の確立に向けて，現状では評価の難しい閉口欠陥や固体間の接着部に代表される不完全接合部とラム波との相互作用に関する理論解析および実験的検討を行った．
理論解析では，不完全接合された等方弾性平板の理論モデルを構築した．その際，接合面を不完全接合部の代表的なモデルである線形スプリング界面によりモデル化した．調和波の単一ラム波モードを入射した場合の不完全接合部の挙動を，動弾性理論に基づくラム波解析解と有限要素法を組み合わせたハイブリッド有限要素法により解析した．その結果，ラム波０次対称（S0）モードを入射した場合，接合部は異なる２個の共振周波数を有し，その値は接合状態に応じて変化することが明らかとなった．本解析結果は，不完全接合部の共振周波数を測定することで接合状態を評価できる可能性があることを示すものである．
さらに，不完全接合部の代表例である接着部におけるラム波の透過挙動に関して実験的検討を行った．突合せ接着したアルミニウム合金板を試験片として用いた．低周波数域におけるラム波S0モードおよび０次反対称（A0）モードを接着部に入射した結果，各ラム波モードの透過率は接着状態によって変化し，理論解析で得られたラム波透過率と比較することで接着部のモデル化を行った．さらに，より高い周波数のラム波S0モードを入射した結果，透過波には接着部の共振に由来する振動が観測された．測定で得られた共振周波数は，透過率測定で構築したモデルで予測される共振周波数と良く一致した．これにより，理論解析および平板接着部モデルの妥当性を確認した．閉口き裂とラム波との相互作用に関しては，き裂面の閉口状態がラム波の透過に及ぼす影響について予備実験を実施した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は，ラム波を用いた閉口き裂や固体接着部に代表される不完全接合部の評価に必要となる基礎的な知見を得ることができました．理論解析で明らかとなった，不完全接合部の共振周波数が接合部の状態に応じて変化するという性質は，ラム波を用いた不完全接合部評価の実現に向けて興味深い知見であると考えられます．さらに，平板突合せ接着部でのラム波透過挙動に関して実験的検討を行い，これまでの理論解析結果の妥当性を検証しました．特に，接着状態に応じてラム波透過率が変化すること，および透過率の測定結果から構築した接着部モデルの整合性が共振周波数測定により示されたことは，不完全接合部とラム波との複雑な相互作用の正確な理解に向けて有意義な結果であると考えられます．加えて，閉口き裂を有するアルミニウム合金平板に引張負荷を加えると，き裂面の開口によってラム波透過率が減少するという知見を予備検討で得ており，ラム波を用いた閉口き裂の評価に向けて一定の成果が見られます．以上の理由から，本研究課題は当初の研究目的に沿っておおむね順調に進展していると評価します．
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| Strategy for Future Research Activity |
閉口き裂におけるラム波の透過に関して予備実験を行い，定性的な知見を得た．しかしながら，測定で得られたラム波信号は複雑であり，その解釈は容易でないことがわかった．今後，閉口き裂とラム波との相互作用を正確に理解するため，（１）き裂面の閉口状態が及ぼす影響，および（２）き裂寸法が及ぼす影響の各々について，定量的な考察が必要であると考えている．
（１）の解明に向けては，アルミニウム合金板の突合せ接触部におけるラム波透過挙動について実験を行う予定である．平板の接触圧力とラム波透過率との定量的な関係を明らかにすることで，き裂面の接触状態がラム波透過特性に与える影響について基礎的な知見を得たいと考えている．（２）の解明に向けては，閉口き裂を有するアルミニウム平板中の三次元ラム波伝搬挙動を再現可能な数値シミュレータを新たに構築する予定である．数値シミュレーションで得られた知見を基に，測定結果の解釈および現象の理解を目指す．
さらに，多重モードラム波時間反転法の確立に向けて，数値シミュレータ上でラム波に対して時間反転法を適用する．予備検討として，欠陥を有する二次元弾性平板内のラム波伝搬を取り扱い，ラム波の多重モード性を考慮した時間反転法の確立に向けて問題点を明らかにする予定である。
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