2016 Fiscal Year Research-status Report
積層構造における超音波バンドギャップの解明と新しい非破壊評価原理への展開
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15K13833
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
琵琶 志朗 京都大学, 工学研究科, 教授 (90273466)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 機械材料・材料力学 / 超音波 / 積層構造 / バンドギャップ / 非破壊評価 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、積層構造の新しい非破壊評価法の確立のため、積層構造における超音波バンドギャップ特性や非線形超音波挙動を実験的、理論的に明らかにすることを目的としている。平成28年度の取り組みでは主に以下の成果が得られた。
（1）意図的に不良な条件で成形した一方向炭素繊維強化プラスチック複合材料（CFRP）積層板に対して、水浸法で探触子を走査しながら低周波数領域での超音波反射波測定を行い、厚さ方向の縦波伝搬速度および減衰係数と、成形不良に伴うポロシティ（微視空孔）含有率との間に良好な相関があることを明らかにした。また、バンドギャップ周波数成分を含む超音波をCFRP積層板に垂直入射した場合の反射波を測定し、反射波形の時間－周波数解析を行った。その結果、バンドギャップ周波数成分の持続特性に着目することによって、ポロシティ含有率およびその厚さ方向の偏在分布についての情報を得ることができることを明らかにした。
（2）前年度に行った、非線形スプリング界面を含む無限積層構造を界面に垂直に調和弾性波が伝搬する場合の二次高調波発生特性の解析を拡張し、非線形スプリング界面を含む有限積層構造に垂直に調和弾性波が入射する場合の二次高調波発生挙動に関する摂動解析を行った。その結果、無限積層構造と同様に有限積層構造においても、積層構造の周期性に起因するバンドギャップが二次高調波発生特性に大きな影響を及ぼすことがわかった。また、反射波および透過波に含まれる二次高調波振幅に及ぼす積層数、入射波周波数、非線形スプリング界面の数および積層構造中での位置の影響を明らかにした。
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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
研究開始当初の交付申請書に記載した平成28年度の計画は（1）積層構造の層間界面特性変化の非破壊評価、（2）積層構造に垂直入射する超音波の伝搬特性解析、に関するものであった。（1）については、成形条件の異常により、層間界面特性とともにポロシティ含有率も異なるCFRP積層板に対して、超音波バンドギャップに着目した非破壊評価の可能性が示された。（2）については、前年度の無限積層構造に関する解析を拡張し、さらに複雑な有限積層構造に対する解析を行うことができた。また、前年度の研究成果を含め、これまでに得られた成果に関して学術誌や学会講演会で発表を行った。以上により、研究は計画通りおおむね順調に進んでいると評価する。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度の推進方策としては以下の取り組みを計画している。
（1）今年度に成形条件の異なる一方向CFRP積層板に対して行った、超音波伝搬速度と減衰係数の測定およびバンドギャップ周波数での反射波形の時間－周波数解析を、積層構成の異なるCFRP積層板についても行い、特にバンドギャップ周波数での反射波形に着目して成形不良（ポロシティ含有率）およびその偏在分布を評価する可能性について検討する。
（2）今年度までの成果を踏まえ、積層構造における非線形超音波伝搬挙動を実験的に評価する方法や、そのための模擬試験片について検討する。
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