非線形超音波伝搬特性を用いた積層構造の非破壊評価への新たな試み

利用非线性超声传播特性无损评估层合结构的新尝试

• 批准号: 16H06871
• 负责人: 石井 陽介
• 金额: $ 1.91万
• 依托单位: Toyohashi University of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-08-26 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-16H06871/
• 关键词: 非線形超音波法; 積層構造; 摂動解析

非線形超音波法を用いた積層構造の層間欠陥（接着不良や閉じたはく離）の高感度検出法の確立を目的として，本年度の研究では積層構造の層間における二次高調波（入射波周波数の2倍周波数を有する波）発生挙動の理論解析および予備実験を実施した．理論解析では，任意の積層数を有する積層構造を仮定し，各層間界面を非線形スプリング界面でモデル化した．そして，伝達マトリクス法（周期構造中の線形な超音波伝搬を取り扱う理論解析手法）と摂動解析（弱非線形近似）を組み合わせることで，縦波を積層構造に垂直入射したときの反射波・透過波に含まれる二次高調波振幅を理論的に求めた．その結果，二次高調波の振幅は入射周波数，積層数，非線形界面の位置に強く依存することが明らかとなった．また，すべての層間界面が同一の非線形性を有する場合に，二次高調波振幅が界面数とともに単調増加するような周波数帯が生じることも明らかとなった．本解析で得られた結果をまとめ，海外論文誌Wave Motionへ投稿を行った（2017年4月29日現在査読中）．次に，PC，オシロスコープ（信号発生器内臓），信号増幅器，圧電素子を用いて高調波測定系の構築を行った．信号発生器で生成する電圧波形や測定した信号の保存等はすべてMATLABで制御できるように設定した．二次高調波の測定を行うには，大振幅の超音波を発生させる必要がある．そこで予備実験として，アルミニウムブロックに対して超音波透過波の測定を行い，本測定系で発生可能な超音波の最大振幅について検討した．その結果，最大200 Vpp程度の電圧を波形にひずみが生じることなく圧電素子に印可できることがわかった．

在今年的研究中，我们使用非线性超声波方法进行了层间结构中第二次谐波的产生行为（波频率的两倍）的理论分析和初步实验。在理论分析中，假定具有任意数量层的层压结构，并使用非线性弹簧界面对每个层间界面进行建模。通过结合传输矩阵方法（一种理论分析方法，可以在周期性结构中处理线性超声波传播）和扰动分析（弱非线性近似），当纵向波垂直于堆放的结构上时，在纵向波孔孔上均呈现了纵向的序列时，所构成的第二个谐波振幅均包含在反射和传播波中。结果，揭示了第二个谐波的幅度在很大程度上取决于入射频率，堆栈数量和非线性界面的位置。还可以揭示出，当所有层间界面具有相同的非线性时，频带发生在其中第二个谐波振幅随接口的数量单调增加。从该分析中获得的结果进行了编译并提交给海外杂志Wave Motion（截至2017年4月29日，同行评审）。接下来，使用PC，示波器（带有内置信号发生器），信号放大器和压电元件构建了谐波测量系统。设置了由信号发生器生成的电压波形以及测量信号的存储，因此可以控制MATLAB。要测量第二次谐波，需要进行大幅度超声。因此，作为初步实验，在铝制块上测量了超声波传输波，并检查了可以在此测量系统中生成的超声波的最大振幅。结果，发现最多可将200 VPP的电压应用于压电元件，而不会在波形中失真。

项目成果

超音波による積層構造の層間界面特性評価に向けた基礎的研究

超声波评价层合结构层间界面特性的基础研究

• 发表时间: 2017
• 作者: 村田誠;小山大輔;葉名尻良;奥野真吾;鴨下園子;Julamanee Jakrawadee;高木えり奈;平野大希;宮尾康太郎;酒村玲央奈;後藤辰徳;早川文彦;瀬戸愛花;小澤幸泰;宮村耕一;寺倉精太郎;西田徹也;清井仁;石井 陽介
• 通讯作者: 石井 陽介

CFRP積層板の超音波バンドギャップ発生挙動に及ぼす積層構成の影響

层合结构对CFRP层合板超声带隙产生行为的影响

• 发表时间: 2016
• 作者: 宮尾康太郎;寺倉精太郎;奥野真吾;渡邊慶介;浜名洋;岸裕幸;酒村玲央奈;Jakrawadee Julamanee;後藤辰徳;西田徹也;村田誠;清井仁;石井陽介，琵琶志朗，足立 忠晴
• 通讯作者: 石井陽介，琵琶志朗，足立 忠晴