| 研究課題/領域番号 |
18K03860
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| 研究機関 | 鈴鹿工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
末次 正寛 鈴鹿工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (50259884)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 非線形超音波 / 非破壊検査 / 光弾性法 / 鋭敏色法 / フェーズドアレイ法 / FDTD法 / 超音波探傷法 |
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| 研究実績の概要 |
機械構造物の破壊に大きく影響する内部欠陥の検知を目的として，各種の非破壊検査法が活躍しているが，中でも超音波探傷試験法は工業界において広く利用されている。この手法は，音響インピーダンスの差によって音波が反射することを利用しているため，空間が存在しない，またはほとんど存在しないような不連続部（閉口き裂など）は原理的に検出不可能である。この問題を解決する方法の一つに非線形超音波法があり，研究が進められている。この手法は，閉口き裂部へ超音波を入射し，そこから発生する高調波や分調波を利用するものであるが，発生のメカニズムが完全にはわかっていない。本研究では，高調波や分調波の発生に関して実験ならびに数値解析の両方からアプローチし，発生過程の解明や効率の良い発生条件等を検討するものである。
はじめに，耐熱ガラスのブロック 2個を積み重ねた状態で超音波(2MHz)を入射させる実験を行い，その伝ぱ過程を光弾性平面偏光状態で可視化した。その結果，境界部通過前の部分では可視化された波の波長が 1.5 mmであり，ガラスの音速から計算される周波数は 4MHzとなった。これは，圧縮相と引張相の両方が同じ輝度で可視化されているためであり，実際には半分である 2MHzである。なお，境界透過後は波長が 2倍の約 3.0 mmに伸びており，これは圧縮相のみが通過した結果であると言える。この結果は，画像の輝度から周波数解析を行ったものと一致した。
次に，アルミニウム合金ブロック 2個を重ねた状態で同様の実験を行った。この場合は送信と受信の 2つのプローブを使用し，受信波形を周波数解析して検討を行った。入射周波数と接触圧力の条件を変えて実験を行ったが，どの条件においても基本周波数に対する分調波のスペクトル強度は 10%程度であった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
本研究の主目的である，「非線形超音波法における高調波の発生機構」を検討するには，粗密波における圧縮相と引張相の識別が必要であるが，通常の実験方法では二つの相の振幅の二乗に輝度が比例するため，両方の相とも同じ輝度（色）で観察され区別ができない。閉口き裂部を伝ぱする超音波の直接観察はできているが，現在上記の区別方法について検討を加えている。
また，昨年度（令和2年度）は，コロナウィルスの影響によってほとんど実験的な活動が停止していたことも大きな要因である（前期は全面遠隔授業であり，後期も学業の遅れの対応を最優先し，教員側・学生側ともに，研究の時間がとれなかった）。今のところ，勤務先の学校では全面対面授業が実行されているので，回復を図りたい。
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| 今後の研究の推進方策 |
固体中を伝ぱする超音波の，引張相を圧縮相を色で区別する手法に，「鋭敏色法」を呼ばれるものがある。これは，一般的な光弾性法における平面偏光状態へ波長が 550 nm程度の１波長板を追加するものである。この方法によれば，菫色をバックとして例えば圧縮相が青色，引張相がオレンジ色のように見えるため明瞭に識別できる。閉口き裂部へ入射された超音波縦波の伝ぱ挙動をこの方法で可視化すれば，高調波発生の原理である半波整流波形の発生が，直接観察できると考えられる。すなわち，圧縮相ではき裂を閉じる作用となるため波が透過し，引張相ではき裂を開口させる作用となるため波が反射することになる。連続動画によってこの伝ぱ状況を観察できれば，非常に信頼度の高いデータとなると考えている。
さらに，可視化された波の輝度分布を用いることによって周波数解析を行えば，高調波の発生が伝ぱ過程の映像とともにスペクトラムで明確に対応が付くと思われる。
鋭敏色法を併用して超音波の伝ぱ挙動を観察すれば，欠陥の大きさや入射する超音波の状態（平面波，球面波，収束波など）の違いによる高調波の発生状況が視覚的に確認できるため，高調波の有効な発生条件を定めることにも役立てることができる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
実験に用いる材料費（耐熱ガラス）として必要分を次年度使用額として予定している。
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