2014 Fiscal Year Annual Research Report
不完全界面の高効率・高感度な超音波非破壊評価のためのガイド波非線形挙動の解明
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25289005
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
琵琶 志朗 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90273466)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
林 高弘 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30324479)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 機械材料・材料力学 / 超音波 / 非破壊評価 / ガイド波 / 不完全界面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では接着界面や閉口き裂部などの不完全界面におけるガイド波非線形挙動の解明を目的としている。26年度の取り組みでは主に以下の成果が得られた。
（1）アルミニウム合金平板を異なる条件で接着した二層平板試験片に対して、圧電探触子とウェッジを用いて励起したガイド波の伝搬波形をレーザ・ドップラー振動計により多点計測し、二次元フーリエ変換により波数－周波数特性を求めた。これにより、ガイド波の伝搬特性に及ぼす接着状態の影響や、接着界面をスプリング界面と見なした場合の理論的分散関係との対応を明らかにした。また、有限体積法を用いて、非線形スプリング界面を有する二層平板のガイド波伝搬解析を行い、位相整合条件を満たす周波数近傍での高調波発生挙動を明らかにした。
（2）平板の不完全突き合せ接合部をスプリング界面としてモデル化した場合のラム波の反射・透過挙動をハイブリッド有限要素法により周波数領域で解析し、周波数や接合部剛性の影響を明らかにした。その結果、接合部剛性に依存した特定の周波数において接合部の変位振幅が増大する共振挙動を示すことがわかった。また、アルミニウム合金平板の突き合せ接着接合部にラム波を入射して透過率を測定し、理論解析との比較を行った。さらに、疲労き裂を有するアルミニウム合金平板に引張負荷を加えた状態でき裂部におけるラム波透過波の測定を行い、引張負荷によって透過波の振幅が低下することを確認した。
（3）不完全界面を有する積層構造に対する斜角入射超音波の透過率に及ぼす周波数、界面剛性、入射方向の影響をスティフネスマトリックス法により理論的に解析した。また、複合材料積層板に対して斜角入射超音波の透過率測定を行い、実験結果と理論解析結果を比較することにより界面剛性の同定を行った。
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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
今年度の研究の目的は（1）接着界面を有する試験片におけるガイド波伝搬特性の検討、および（2）閉口き裂を有する試験片におけるガイド波伝搬特性の検討、であった。このうち（1）に関しては、前年度に開発した測定システムを用いて接着平板におけるガイド波の伝搬挙動を実験的に検討するとともに、数値解析により二層平板におけるガイド波の非線形伝搬挙動を詳細に解析した。（2）に関しては、平板の不完全接合部におけるラム波の反射・透過挙動を理論的、実験的に調べるとともに、疲労き裂を有する平板試験片に対して引張負荷をかけた状態でラム波透過測定を行い、次年度の検討に向けて有用な知見を得た。以上の成果に加え、平板の不完全接合部における共振挙動という新しい現象を理論的に見出したこと、不完全界面を有する積層構造における斜角入射超音波透過率に及ぼす周波数、界面剛性、入射方向の影響を明らかにしたことなどから、研究はおおむね順調に進展したと評価する。
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| Strategy for Future Research Activity |
27年度は、疲労き裂を有する平板に対して、荷重を変化させることによりき裂の開閉口状態を変化させながらガイド波の透過特性を調べる。これに加え、二枚の平板の端部を圧縮負荷下で接触させた状態に対して、ガイド波の反射・透過特性の実験的検討を行う。この際、異なる圧縮荷重により接合部剛性を変化させ、反射・透過特性に及ぼす接合部剛性の影響を調べる。また、不完全接合部を非線形スプリング界面でモデル化した場合のラム波反射・透過挙動および高調波発生挙動の数値解析を行う。
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