2016 Fiscal Year Annual Research Report
Nonlinear frequency mixing of ultrasonic waves for sensitive evaluation of closed defects
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16H04235
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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) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 機械材料・材料力学 / 超音波 / 非破壊評価 / 密着界面 / 周波数ミキシング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、密着界面における超音波の周波数ミキシング現象を理論的、実験的に明らかにし、密着界面型欠陥の高感度な非破壊評価に向けた基礎的知見を得ること、および積層部材の非破壊評価への適用性を検討することを目的としている。今年度の取り組みでは主に以下の成果が得られた。
（1）密着界面を非線形スプリング界面としてモデル化し、二方向から平面調和弾性波が入射した場合の非線形挙動を摂動法によって解析した。これにより、二方向から入射する弾性波の周波数、入射方向と、周波数ミキシングで発生する弾性波の伝搬方向の関係を導いた。
（2）周波数ミキシング現象の測定に先立つ基礎的検討として、二個のアルミニウム合金ブロックを接触させて密着界面を構成し、斜め方向からバースト超音波を入射して反射波および透過波の測定を行った。また、同じ接触状態で縦波および横波超音波の垂直反射率を測定し、垂直界面剛性および接線界面剛性を求めた。その結果、斜め入射に対する反射波振幅は、同定した界面剛性を用いてスプリング界面モデルにより計算した結果と良好に対応することを確認した。また、接触圧力の変化に伴って、透過波に含まれる二次高調波振幅が変化することを明らかにした。
（3）スプリング界面としてモデル化した密着界面型欠陥を有する弾性平板におけるラム波の伝搬挙動をスペクトル要素法によって解析した。この結果、欠陥部を透過したラム波の振幅に及ぼす界面剛性やラム波モード、周波数の影響を明らかにした。また、スリットや疲労き裂を有するアルミニウム合金平板におけるラム波透過特性の測定を行った。この結果、スリットを有する平板については数値解析と測定結果が良く対応することを明らかにした。また、疲労き裂を有する平板に外部引張負荷を加えたときの透過ラム波振幅の変化について、数値解析結果を踏まえて検討を行った。
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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
交付申請書に記載した今年度の計画は、（1）非線形スプリング界面に二方向から入射した超音波による非線形相互作用の解析、および（2）二方向から異なる中心周波数のバースト超音波を入射し、非線形効果により発生する超音波を測定するための計測システムの構築、に関するものであった。（1）については、「研究実績の概要」に記載した通り、理論的な定式化を行い、有用な解析結果が得られた。（2）については、現有するゲーテッドアンプに機能を追加することにより目的とした計測システムを構築し、予備的な検討を進めた。また、二方向から交差する超音波の周波数ミキシングの理論的、実験的検討を行う上で、密着界面に斜めに入射した超音波による非線形効果である高調波発生特性を明らかにしておくことが重要と判断し、「概要」に記載した実験的検討を行うとともに、非線形スプリング界面における高調波発生の理論解析の統一的な再定式化を行った。さらに、密着界面型欠陥を含む構造部材における超音波伝搬特性に関する基礎的検討として、スリットや疲労き裂を有する平板におけるラム波の伝搬挙動に関して数値解析および実験的検討を行った。以上のことから、研究は計画に沿って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 |
今後の推進方策としては以下の取り組みを計画している。
（1）今年度の理論解析を継続して、非線形スプリング界面としてモデル化した密着界面における周波数ミキシング現象のより詳細な解析を行い、ミキシング周波数成分の振幅に及ぼす界面非線形パラメータの影響を明らかにする。
（2）構築した計測システムを用いて、アルミニウム合金ブロックを接触させて構成した密着界面に二方向からバースト超音波を入射し、透過波の測定を行って、測定波形に含まれるミキシング周波数成分の大きさと界面密着度（接触圧力）の関係を調べる。また、構築した計測システムの有効性を検討するため、他の方法による周波数ミキシングの測定も試みる。
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Research Products
(2 results)
