2011 Fiscal Year Annual Research Report
振幅変調波による閉口欠陥・微視損傷の非線形超音波スペクトロスコピー
| Project/Area Number |
22656029
|
|---|
| Research Institution | Kyoto University |
|---|
Principal Investigator |
琵琶 志朗 京都大学, 工学研究科, 教授 (90273466)
|
|---|
| Keywords | 機械材料・材料力学 / 超音波 / 振幅変調波 / 非線形特性 / 微視損傷 / 複合材料 / 非破壊評価 / スペクトル解析 |
|---|
| Research Abstract |
本課題では、振幅変調した超音波を入射した際に材料・構造物中の閉口欠陥や微視損傷において発生する非線形低周波スペクトル成分に着目する非破壊評価法の基盤を確立するため、非線形界面や非線形媒質における振幅変調波の伝搬特性を明らかにすることを目的として研究を行った。今年度に行った研究内容と得られた結果は以下の通りである。まず、一方向炭素/炭素複合材料に振幅変調した大振幅超音波を入射した場合の透過波形のスペクトル特性を、短時間フーリエ変換により解析し、低周波数領域に現れるスペクトル成分の入射波振幅依存性や、入射波(搬送波)周波数、振幅包絡線関数の影響について実験的に調べた。その結果、包絡線関数としてガウス関数を用いた場合の低周波スペクトル成分の大きさは、探触子駆動電圧振幅(入射波振幅にほぼ比例)に対して非線形的に増加し、また搬送波周波数が高い方が相対的により顕著であることがわかった。一方、矩形バースト波を用いた場合、低周波数領域には、非線形成分と、入射波に含まれる線形伝搬成分が混在しており、解釈に注意が必要であることがわかった。この実験結果を理論的に考察するため、非線形弾性体中の振幅変調波伝搬挙動の一次元摂動解析を行った。その結果、粒子速度の伝搬波形には、振幅包絡線関数のある種の導関数に相当する低周波数成分が含まれ、その大きさは入射波振幅の二乗に比例することがわかった。さらに、粘性項も加えた非線形弾性体に対する一次元弾性波伝搬挙動の数値シミュレーションにより、透過波形において、入射した周波数成分が次第に減衰するとともに、非線形効果により発生した低周波数成分が支配的になる様子を再現することができた。複雑な微視構造を有する材料では、不均質性のために減衰が顕著となるが、それを補うために入射波を大振幅化した場合に、本研究で得られた知見が計測結果の解釈に役立つと考えられる。
|
