2004 Fiscal Year Annual Research Report
応力腐食割れ・疲労き裂定量評価のためのサブハーモニック超音波計測及び映像法
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16206071
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Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
山中 一司 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00292227)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三原 毅 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (20174112)
辻 俊宏 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (70374965)
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| Keywords | 分調波 / 閉口応力 / アルミ合金 / 疲労き裂 / 非線形微分方程式 / レーザー干渉計 |
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| Research Abstract |
1.分調波の機構解明
分調波の発生機構を解明するため、裂を閉じさせる閉口応力の影響を考慮できる解析法を検討した。まず、非線形微分方程式によりき裂をモデル化し、詳細な波形を方程式の数値解法により計算した。次に、閉口応力を除くと分調波の振幅が増加することを再現し、大振幅の超音波を用いたアルミ合金の疲労き裂における実験結果を再現した。また、計算精度を向上し、き裂開閉量と分調波波形の間の定量的関係を得て、き裂パラメータをマッピングするための基礎データを取得した。
2.大振幅超音波発生法の検討とレーザー干渉計による分調波の波形計測
分調波を発生させるには大振幅の入射波が必要であり、PZTなどの焼結体圧電素子では耐久性に問題がある。そこでニオブ酸リチウム等単結晶の探触子を開発した。また、超音波の計測はこれまで圧電探触子で行われているが、圧電探触子で得られる信号は真の変位波形ではないため、分調波のような複雑な現象の機構解明には最適でない。そこで、真の変位波形が得られるレーザー干渉計を用いて、分調波の波形に及ぼす入射波振幅およびき裂を開口させる外部荷重の影響を実験的に解析した。
3.分調波フェーズドアレイの基礎的検討
材料中における分調波の分布を詳細に計測するため、ゲーテッド増幅器を用いて1kV程度に増幅した入射信号を単結晶で作製した高耐圧圧電素子に印加して大振幅超音波を発生させ、アルミ合金およびステンレス鋼の疲労き裂試験片中に大振幅ビームを入射させ、き裂との相互作用により発生する分調波を複数の素子を同期させて計測を行うサブハーモニック超音波解析装置を用いて、高精度に検出する条件を探索した。
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