異方性材料の高感度な超音波非破壊評価のための非線形三波相互作用の解明

阐明非线性三波相互作用，用于各向异性材料的高灵敏度超声无损评估

• 批准号: 21K03770
• 负责人: 石井 陽介
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03770/
• 关键词: 非線形超音波法; 非破壊評価; 異方性材料

本研究では，異方性材料の新しい超音波非破壊評価のための，非線形三波相互作用の解明を目的としている．本年度は，昨年度に実施した非線形三波相互作用が生じるための必要条件である共鳴条件を図式的に解釈する方法を検討した．共鳴条件は，交差させる二つの弾性波（基本波）の波数ベクトルの和・差が，基本波周波数の和・差周波数成分を有する弾性波（第三波）の波数ベクトルに等しくなる条件であり，昨年度の研究において，もっとも単純な立方晶材料中でさえも共鳴条件が各基本波の伝搬方向や周波数比，基本波・第三波のモードの組み合わせに顕著に依存することが示唆された．そこで本年度の研究では，異方性弾性体中を伝わる弾性波のスローネス面を用いることにより，共鳴条件の図式的な解釈を試みた．具体的には，波数ベクトルにより表されている共鳴条件を基本波と第三波のスローネス（位相速度の逆数）を用いて書き直し，それを基本波と第三波のスローネス面上で図式的に表現した．これにより，基本波伝搬方向，周波数比，モードが共鳴条件に及ぼす影響を容易かつ直感的に解釈できるようになった．また，スローネス面の法線方向は群速度方向に対応しているため，この方法により基本波・第三波のエネルギー伝搬方向も同時に得ることができる利点もある．昨年度の数値解析では基本波の励起方法の検討を目的に線形弾性材料中の超音波伝搬シミュレーションを実施した．本年度はこれに，立方晶材料についてのひずみエネルギー密度をひずみの三次まで（独立な三次弾性定数は6個）考慮することで材料非線形性を組み込んだ．三波相互作用の数値的検討の前段階として，結晶軸方向の一次元縦波伝搬シミュレーションを実施し，得られた二次高調波振幅の伝搬距離依存性を摂動解析に基づいた理論解と比較することで妥当性を検証した．

这项研究旨在阐明非线性三波相互作用，以实现各向异性材料的新非破坏性超声评估。今年，我们研究了一种图解解释共振条件的方法，这是去年进行的非线性三波相互作用的必要条件。共振条件是一种条件，在这种情况下，两个相交的声波（基本波）的波矢量的总和和差异等于具有基本频率的总和和差异频率成分的声波（第三波）的波矢量。在去年的一项研究中，有人提出，即使在最简单的立方材料中，共振条件也显着取决于每个基本波，频率比以及基本和第三波模式的组合的传播方向。因此，在今年的研究中，我们试图通过使用穿过各向异性弹性物体的弹性波的缓慢表面来以图形方式解释共振条件。具体而言，使用基本波和第三波的缓慢（相位速度的倒数）重写了由波数载体所代表的共振条件（相位速度），并且在基本和第三波的缓慢表面上示意性地表达了这一点。这使得可以轻松，直观地解释基本波传播方向，频率比和模式对共振条件的影响。此外，由于缓慢表面的正常方向对应于组速度方向，因此该方法还具有同时获得基本和第三波的能量传播方向。在去年的数值分析中，在线性弹性材料中进行了超声波传播模拟，目的是研究基本波的激发方法。今年，我们通过考虑到菌株中心的立方材料的应变能密度（6个独立的立方弹性常数）。作为三波相互作用的数值研究的初步步骤，在晶体轴方向上进行了一维纵向波传播模拟，并通过比较获得的第二个谐波幅度的传播距离依赖性与基于扰动分析的理论解决方案来验证有效性。

项目成果

平板中の有限領域におけるガイド波ノンコリニアミキシングの理論的検討

平板有限区域导波非共线混频的理论研究

• 发表时间: 2023
• 作者: Jingtian Mao;Hiroshi Usuki;Chikara Morito and Shinji Yukinari;水谷謙太，神谷友彰，清水憲一，木村啓二，國立悦生;齊藤実織，亀山光二，清水憲一;榎智也，石井陽介，琵琶志朗
• 通讯作者: 榎智也，石井陽介，琵琶志朗