磁気音響効果を利用した材料の応力と損傷の非破壊評価

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08455060
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 松本 英治 京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (30093313)
• 研究分担者: 琵琶 志朗 京都大学, 工学研究科, 助手 (90273466) ; 星出 敏彦 京都大学, エネルギー科学研究科, 助教授 (80135623) ; 柴田 俊忍 京都大学, 工学研究科, 教授 (40025929)
• キーワード: 音弾性 / 磁気音弾性 / 非破壊評価 / 応力測定 / 超音波 / 磁性体 / 損傷 / 磁気ひずみ

研究概要

鉄鋼材料を中心とした多くの構造材料が磁性体であることに着目して、その磁気音響効果を利用して応力と損傷の非破壊評価法を開発することが当研究の目的である。
1.磁場下の固体材料の変形を支配する基礎式を導き、材料の弾性的な性質と磁気的な性質、あるいはその相互作用を理論的に明らかにした。この基礎式をもとにして、磁化曲線や磁気ひずみの応力依存性を利用して、応力、変形、損傷を非破壊的に評価する方法を提唱した。さらに、その手法が鉄鋼材料およびニッケルに対する応力と磁場下の材料試験結果をよく表現していることを確かめた。
2.横波超音波の速度やその振動方向依存性を測定することによって、応力や磁化の方向や大きさを推定する方法を開発した。材料は応力が加えられている場合に、音響異方性は材料の異方性と応力異方性の和となる。したがって、横波超音波の振動方向による速度変化から、材料の異方性による速度変化を差し引けば、応力による効果だけを測定することが可能となる。同様の方法によって、異方性がある材料の磁場下の材料の磁化の方向や大きさが、より精密に測定できるようになった。これらの方法を利用して、材料に異方性がある場合でも精密な磁気音弾性法が可能となることを示した。
3.磁性体に周期的な磁場を印加するときに発生する雑音(磁気アコースティック・エミッション、MAE)が、材料の磁気弾性相互作用によって応力の影響を受けることを明らかにした。その結果をもとにして、MAEの計数を測定することによって応力に非破壊評価が可能となることを示した。さらに、代表的な強磁性体のニッケルについて、応力と平行および垂直な周期的な磁場を印加したときのMAEの計数が、応力方向や引張り、圧縮の違いによってそれぞれ特徴的な変化を示すことを測定して、MAEが磁性構造材料の応力の有力な非破壊評価となることを検証した。

研究成果

• [文献書誌] Eiji,Matsumoto, Kotaro Miki, Toshinobu Shibata: "Measurement of Stress and Magnetization by Ultrasonic Transuerse Waves" J.Electrical Engineering. 48・8/S. 46-49 (1997)
• [文献書誌] Shiro Biwa, Keisuke Katsumi, Yohei Omota, Eiji Matsumoto: "Sensing Technique for Surface Strain Distribution with Piezoelectric Film" J.Electrical Engineering. 48・8/S. 50-53 (1997)
• [文献書誌] 勝見圭介, 琵琶志朗, 松本英治, 柴田俊忍: "高分子圧電フィルムを用いた静的ひずみ分布の測定" 日本機械学会論文集. 61A・617. 215-220 (1998)
• [文献書誌] Tomas Novotny, Eiji Matsumoto, Toshinobu Shibata: "Comparison of Invariant Imbedding and Layer-peeting Mathods in Inverse Problem" Material Science Research International. (印刷中).
• [文献書誌] 松田吉洋, 松本英治, 柴田俊忍: "磁気ひずみを用いた片持ちはり型アクチュエータの挙動" 第6回MAGDAコンファレンス講演論文集. 6. 68-73 (1997)
• [文献書誌] 三木晃太郎, 松本英治, 柴田俊忍: "磁場下の超音波横波による応力と磁化の測定" 第6回MAGDAコンファレンス講演論文集. 6. 149-154 (1997)