Study of Lamb wave frequency mixing by interfacial nonlinearity toward nondestructive evaluation of closed defects

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本研究では閉口欠陥の界面非線形性によるラム波（平板を伝わる超音波）の周波数ミキシング（異なる周波数の超音波を入射した際の和・差周波数成分の発生）の機構と特徴について実験および理論・数値解析により明らかにすることを目的としている。今年度の研究による主な成果は以下の通りである。（1）界面非線形性によるラム波の周波数ミキシングを解明するための基礎的検討としてバルク波（縦波）の周波数ミキシングに関する実験的検討を行った。具体的には、二個のアルミニウム合金ブロックの接触界面に対して異なる入射方向の組み合わせで縦波バースト波（基本波）を入射し、異なる方向に設置した圧電探触子で測定した散乱波に含まれる和・差周波数成分をスペクトル解析により評価した。この結果、基本波の入射方向の組み合わせに応じて和・差周波数成分が相対的に強く観測される方向が変化することがわかった。和・差周波数成分が強く観測された方向は非線形スプリング界面モデルに基づく理論解析で予想される伝搬方向と良く対応することも確認された。（2）アルミニウム合金平板に導入した疲労き裂に対向方向からS0モード（最低次対称モード）ラム波を入射したときの散乱波を平板上の多点でレーザドップラー振動計を用いて測定し、時間－周波数解析で得られる和・差周波数成分の到達時間と測定位置の関係から求めた伝搬速度に基づいてラム波モードの同定を行った。この結果、和周波数ではS0モードおよびA0モード（最低次反対称モード）、差周波数ではA0モードのラム波の発生が確認された。また、対向方向から入射するラム波の交差位置を二次元的に走査しながら散乱波を圧電探触子で測定し、和周波数成分のパワー最大値を交差位置の関数として画像化した結果、き裂に対応する位置で大きな値が得られ、ラム波周波数ミキシングに基づくき裂の画像化が可能であることが示唆された。