非線形超音波顕微鏡の開発とそれによる接合面健全性評価

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12555024
• Research Institution: Nagoya Institute of Technology
• Principal Investigator: 川嶋 紘一郎 名古屋工業大学, 工学部, 教授 (50023239)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西村 尚哉 名古屋工業大学, 工学部, 助手 (60335099) ; 林 高弘 名古屋工業大学, 工学部, 助手 (30324479) ; 伊藤 智啓 名古屋工業大学, 工学部, 助教授 (20203151)
• Keywords: 非線形超音波 / 超音波 / 非破壊材料特性評価 / 高調波 / 内部欠陥 / 閉口き裂 / 接合面 / 焼結金属

Research Abstract

本研究では,異種あるいは同種材料接合面に大振幅超音波を入射して,不完全接合面での透過波あるいは反射波を受信しそれらに含まれる高調波成分を検出する過程を測定対象領域について走査しながら繰返し,その結果を画像表示する非線形超音波顕微鏡の開発,及びそれを用いた金属とセラミックス,樹脂系複合界面強度を非破壊的に評価することを目的とする.
本年度の研究で得られた主な知見を以下に示す.
1.疲労き裂のように,構造物表面に存在するほとんど閉じたき裂(不完全接合界面)での非線形応力ひずみ特性(不完全界面での圧縮応力波の部分的透過・引張力の反射)を表す特殊要素を有限要素波波動伝播解析プログラムに組み込み,縦波及び横波の連成する表面波の高調波発生を解析し,従来の非線形連続体で理論的に予測された,2次高調波成分がき裂面のクラッピング(動的繰返し打撃)により周期的に励起されることを見出した.
2.実際にアルミニウム合金に疲労き裂を伝播させ,水浸表面波法により,ほとんど閉じた疲労き裂部を通過した表面波の2次高調波を検出できることを示した.またき裂を閉じる圧縮応力を負荷したとき、基本波振幅の増加は数%程度であるが、2次高調波成分は数倍まで増大すること,ある程度以上の圧縮応力ではそれが減少することなどが明らかとなった.
3.非線形超音波計測装置と通常の圧電式探触子を用いてを用いて、不完全接合面で励起される2次高調波と3次高調波が収録できることを明らかにした.

Research Products

• [Publications] K. Kawashima, R. Omote, T. Ito, H. Fujita, T. Shima: "Nonlinear acoustic response through minute cracks: FEM simulation and experimentation"Utrasonics. 40/2(in press). (2002)
• [Publications] K. Kawashima, J. Okada, N. Nishimura: "Internal microcrack detection with nonlinear ultrasonic waves"Jpn. J. Appl. Phys. 40/5. 3579-3582 (2001)
• [Publications] K. Kawashima, J. Okada, N. Nishimura: "Evalution of spall-damaged layer with nonlinear ultrasonic measurement"Progress in Natural Science. 11. 145-150 (2001)
• [Publications] 表竜二, 川嶋紘一郎, 伊藤智啓: "表面斜めき裂を通過するレイリ-波の非線形性"第9回超音波による非破壊評価シンポジウム. 9. 61-62 (2002)