2017 Fiscal Year Annual Research Report
Evaluation of Nonlinear Ultrasonic Phenomena by Electromagnetic Acoustic Transducer with Large Amplitude Using Superconducting Magnet
| Project/Area Number |
15K13826
|
|---|
| Research Institution | Tohoku University |
|---|
Principal Investigator |
内一 哲哉 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (70313038)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高木 敏行 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (20197065)
三木 寛之 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 准教授 (80325943)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | 電磁超音波プローブ / 非線形超音波現象 / 超伝導マグネット |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
非線形超音波試験法はき裂サイジングの信頼性を向上させる手法として世界的な注目を集めているが、非線形超音波現象そのもののメカニズムが明らかになっていない。本研究では、振幅と周波数を制御した大振幅超音波に対するき裂の応答を定量的に評価することにより、非線形超音波の発生機構を解明する。このために本研究では、新しいアプローチとして超伝導マグネットによる強磁場下において電磁的に超音波を送信する手法を提案する。従来の圧電素子を用いた接触式探触子では不可能であった超音波の中心周波数と振幅の広範囲にわたる定量的制御が可能となる。さらに、構築したシステムを用いて、様々な種類の閉口き裂に対して非線形超音波現象を観測し、非線形現象について議論を行う。
以上の目的に対して、まず5T超伝導マグネットを用いた電磁超音波送信システム(超伝導EMAT)を構築した。構築した超伝導EMATの性能と定量性を確認するために、電磁力解析と超音波伝播解析を組み合わせたシミュレーションを実施し、超伝導EMATによる試験片表面の変位について実験値と数値解析を比較した。両者はよく一致しており、従来の超音波送信システムでは困難な音場を定量的に制御することが可能であることを確認した。また、得られた変位から、非線形超音波現象に必要な大振幅超音波が本システムにより送信されていることを確認した。
アルミニウム合金を用いて、疲労亀裂を有する試験片を疲労試験機を用いて作製した。疲労亀裂の開口と閉口については、フェーズドアレイ超音波探傷システムによる画像により確認した。作製した試験片について、超伝導EMATを用いて閉じた疲労亀裂に対する非線形応答について測定を行った。その結果、閉じた亀裂に対しては高調波成分が顕著に生ずることを確認するとともに、周波数依存性、音圧依存性について系統的に調査した。
|
Research Products
(3 results)
