非線形超音波共鳴法の開発

• 研究課題/領域番号: 23686024
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 機械材料・材料力学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 垂水 竜一 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30362643)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円); 2014年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2013年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円); 2012年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2011年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
• キーワード: 超音波共鳴法 / 弾性定数 / 非線形弾性理論 / 固体力学 / 三次弾性定数 / 共鳴振動 / 非線形 / 高次弾性定数 / 変分法 / 非線形弾性体 / 変分問題

研究成果の概要

固体材料の共鳴周波数を計測・逆解析することで、その材料の持つ二次弾性定数を決定する方法を超音波共鳴法という。本研究では、超音波共鳴法の基礎理論を非線形弾性体へ拡張するとともに、Ritz法に基づく数値解析を行った。その結果、非線形弾性体の共鳴振動が従来の点群・既約表現ではなく、カラー対称性を備えた磁性点群によって記述されることを明らかとした。また本理論を応用すれば、共鳴周波数の圧力依存性の実験計測とその逆解析によって、原理的にはほぼ全ての独立な三次弾性定数が決定できることを明らかとした。これらの成果は、本研究の主目的である非線形超音波共鳴法の基礎理論の完成を意味している。

研究成果

• [雑誌論文] Free-vibration acoustic resonance of nonlinear hyperelastic materials (2014)
  • 著者名/発表者名: Ryuichi Tarumi, Shinpei Yamada, and Yoji Shibutani
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 53 号: 7S ページ: 07KB09-07KB09
  • DOI: 10.7567/jjap.53.07kb09
  • NAID: 210000144205
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Theoretical foundations of resonant ultrasound spectroscopy at high pressure (2014)
  • 著者名/発表者名: Ryuichi Tarumi, Yuta Yamaguchi and Yoji Shibutani
  • 雑誌名: Proceedings of the Royal Society A 巻: 470 号: 2170 ページ: 20140448-20140448
  • DOI: 10.1098/rspa.2014.0448
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 弾性体の非線形共鳴振動～固体中の音波が持つ新しい対称性について～ (2014)
  • 著者名/発表者名: 垂水竜一
  • 雑誌名: 超音波TECHNO 巻: 26 ページ: 92-97
• [雑誌論文] Elastic fantastic (2014)
  • 著者名/発表者名: Ryuichi Tarumi
  • 雑誌名: International INNOVATION 巻: 166 ページ: 104-106
  • オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Low-temperature elastic constants of monocrystal corundum (a-Al2O3) (2013)
  • 著者名/発表者名: R. Tarumi, H. Ledbetter, H. Ogi and M. Hirao
  • 雑誌名: Philosophical Magazine 巻: 93 号: 36 ページ: 4532-4543
  • DOI: 10.1080/14786435.2013.837225
  • 査読あり
• [雑誌論文] [3] Emergence of colour symmetry in free-vibration acoustic resonance of a hyperelastic material (2013)
  • 著者名/発表者名: R. Tarumi
  • 雑誌名: Proceedings of the Royal Society A 巻: 469 号: 2159 ページ: 20130275-20130275
  • DOI: 10.1098/rspa.2013.0275
  • 査読あり
• [雑誌論文] Acoustic resonance of a two-dimensional isotropic medium studied using Airy stress function (2012)
  • 著者名/発表者名: R. Tarumi, S. Yamada and Y. Shibutani
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 51 号: 7S ページ: 07GA03-07GA03
  • DOI: 10.1143/jjap.51.07ga03
  • NAID: 210000140898
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low temperature elastic constants and piezoelectric coefficients of LiNbO3 and LiTaO3: resonant ultrasound spectroscopy measurement and lattice dynamics analysis (2012)
  • 著者名/発表者名: R. Tarumi, T. Matsuhisa and Y. Shibutani
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 51 号: 7S ページ: 07GA02-07GA02
  • DOI: 10.1143/jjap.51.07ga02
  • NAID: 210000072519
  • 査読あり
• [雑誌論文] Numerical analysis for acoustic resonance of one-dimensional nonlinear elastic bar (2011)
  • 著者名/発表者名: R.Tarumi, T.Matsuhisa, Y.Shibutani
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 50 号: 7S ページ: 07HB02-07HB02
  • DOI: 10.1143/jjap.50.07hb02
  • NAID: 210000070878
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low-temperature elastic constants and piezoelectric coefficients of langasite (La_3Ga_5SiO_<14>) (2011)
  • 著者名/発表者名: R.Tarumi, H.Nitta, H.Ogi, M.Hirao
  • 雑誌名: Philosophical Magazine 巻: 91 号: 16 ページ: 2140-2153
  • DOI: 10.1080/14786435.2010.549095
  • 査読あり
• [雑誌論文] Free-vibration acoustic resonance of nonlinear elastic bar (2011)
  • 著者名/発表者名: R.Tarumi, Y.Oshita
  • 雑誌名: Philosophical Magazine 巻: 91 号: 5 ページ: 772-786
  • DOI: 10.1080/14786435.2010.530614
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low temperature elastic constants and piezoelectric coefficients of LiNbO3 and LiTaO3 : RUS measurement and lattice dynamics analysis
  • 著者名/発表者名: R.Tarumi, T.Matsuhisa, Y.Shibutani
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: (印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Acoustic resonance of a two-dimensional isotropic medium studied by Airy stress function
  • 著者名/発表者名: R.Tarumi, S.Yamada, Y.Shibutani
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: (印刷中)
  • 査読あり
• [学会発表] 斜方晶結晶に対する共鳴周波数の圧力依存性解 (2014)
  • 著者名/発表者名: 山口悠太，垂水竜一，渋谷陽二
  • 学会等名: 第34回 超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム
  • 発表場所: 明治大学
  • 年月日: 2014-12-03 – 2014-12-05
• [学会発表] 弾性理論に現れる二つの非線形性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 垂水竜一
  • 学会等名: 日本金属学会九州支部・日本鉄鋼協会九州支部 第308回材料科学談話会
  • 発表場所: 九州大学総合理工学府
  • 年月日: 2014-11-25
  • 招待講演
• [学会発表] 非線形弾性体の共鳴振動とその応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 垂水竜一
  • 学会等名: 非線形力学セミナー（第9回ILM勉強会）
  • 発表場所: 大阪大学基礎工学研究科
  • 年月日: 2014-11-21
  • 招待講演
• [学会発表] 金属材料の非線形力学特性評価への試み (2014)
  • 著者名/発表者名: 垂水竜一
  • 学会等名: 日本金属学会 2014秋期講演大会
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2014-09-24 – 2014-09-26
  • 招待講演
• [学会発表] 非線形弾性理論を用いた体心立方晶系金属の力学的安定性解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 垂水竜一
  • 学会等名: 日本鉄鋼協会 2014秋季講演大会
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2014-09-24 – 2014-09-26
• [学会発表] Free-vibration Acoustic Resonance of Two-dimensional Hyperelastic Material (2013)
  • 著者名/発表者名: R. Tarumi, S. Yamada and Y. Shibutani
  • 学会等名: USE2013
  • 発表場所: 同志社大学
• [学会発表] Classification of nonlinear resonant vibration modes by magnetic point groups (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamaguchi, R. Tarumi, S. Yamada and Y. Shibutani
  • 学会等名: USE2013
  • 発表場所: 同志社大学
• [学会発表] St.Venant-Kirchhoff型二次元超弾性体の 共鳴振動解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 垂水竜一，山田晋平，渋谷陽二
  • 学会等名: 日本金属学会2013年春期大会
  • 発表場所: 東京理科大学
• [学会発表] St.Venant-Kirchhoff型超弾性体に対する共鳴振動解 (2013)
  • 著者名/発表者名: 山田晋平，垂水竜一，渋谷陽二
  • 学会等名: 日本機械学会関西支部第88期定時総会講演会
  • 発表場所: 大阪工業大学
• [学会発表] 非線形超音波共鳴理論の構築とその検証 (2013)
  • 著者名/発表者名: 山口悠太，垂水竜一，山田晋平，渋谷陽二
  • 学会等名: 日本機械学会関西学生会平成24年度学生員卒業研究発表講演会
  • 発表場所: 大阪工業大学
• [学会発表] Nonlinear resonant ultrasound spectroscopy for one-dimensional hyperelastic solid (2012)
  • 著者名/発表者名: R. Tarumi and Y. Shibutani
  • 学会等名: 23rd International congress of theoretical and applied mechanics (ICTAM2012)
  • 発表場所: 北京
• [学会発表] 二次元St.Venant-Kirchhoff型超弾性体の共鳴振動解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 山田晋平，垂水竜一，渋谷陽二
  • 学会等名: 超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム
  • 発表場所: 千葉大学
• [学会発表] 非線形超音波共鳴理論の構築 (2012)
  • 著者名/発表者名: 山田晋平，垂水竜一，渋谷陽二
  • 学会等名: 2012年度日本機械学会年次大会
  • 発表場所: 金沢大学
• [学会発表] LiNbO3およびLiTaO3単結晶の低温域における弾性定数と圧電定数 (2011)
  • 著者名/発表者名: 垂水竜一、松久朋弘、渋谷陽二
  • 学会等名: 第32回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム
  • 発表場所: 京都大学・吉田キャンパス
  • 年月日: 2011-11-10
• [学会発表] Airyの応力関数を用いた二次元線形弾性体の共鳴振動理論 (2011)
  • 著者名/発表者名: 山田晋平、垂水竜一、渋谷陽二
  • 学会等名: 第32回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム
  • 発表場所: 京都大学・吉田キャンパス
  • 年月日: 2011-11-10
• [学会発表] Nonlinear resonant ultrasound spectroscopy for one-dimensional elastic bar (2011)
  • 著者名/発表者名: R.Tarumi
  • 学会等名: International conference on advanced technology in experimental mechanics 2011 (ATEM'11)
  • 発表場所: 神戸・ポートアイランド
  • 年月日: 2011-09-21
• [学会発表] Acoustic resonance of nonlinear elastic bar and its application to RUS (2011)
  • 著者名/発表者名: R.Tarumi, Y.Shibutani
  • 学会等名: International Congress on Ultrasonics 2011
  • 発表場所: ポーランド・グダニスク
  • 年月日: 2011-09-05
• [備考] 渋谷・垂水研究室HP（受賞目録）
  • URL: http://www-comec.mech.eng.osaka-u.ac.jp/link15.html
• [備考] 大阪大学大学院工学研究科機械工学専攻ＨＰ（NEWS一覧）
  • URL: http://www2.mech.eng.osaka-u.ac.jp/news/
• [備考] 大阪大学大学院工学研究科ＨＰ（トピックス）
  • URL: http://www.eng.osaka-u.ac.jp/ja/cgi/topics.cgi?cc=2
• [備考] 大阪大学ＨＰ（最新情報）
  • URL: http://www.osaka-u.ac.jp/ja/news/topics/2015/04/20150408_01
• [備考] 平成27年度科学技術分野の文部科学大臣表彰受賞者等の決定について
  • URL: http://www.mext.go.jp/b_menu/houdou/27/04/1356509.htm