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

界面非线性兰姆波混频研究对闭合缺陷的无损评价

• 批准号: 22H01361
• 负责人: 琵琶 志朗
• 金额: $ 10.82万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01361/
• 关键词: 機械材料・材料力学; 超音波; 非破壊評価; 閉口欠陥; ラム波

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。

In this study, the mechanism characteristics of the cycle number of the ultrasonic wave (plate ultrasonic wave) due to the non-linearity of the interface (generation of sum and difference cycle number components at the time of incidence of different cycle number ultrasonic wave) are studied. This year's research results are as follows: (1) The fundamental analysis of the frequency spectrum of the non-linear wave at the interface is carried out. Specifically, the contact interface of the two alloys is different from each other in terms of the incident direction, the combination of the scattered wave (fundamental wave), the incident direction, the different direction, the measurement of the scattered wave, the sum and difference wave number components, and the analysis of the scattered wave. As a result, the combination of the incident directions of the fundamental wave and the number components of the difference wave are opposite, and the direction of the measurement is different. The sum and difference frequency components are determined by the theoretical analysis. (2) When the alloy plate is introduced into the alloy plate, the direction of the crack is opposite to the direction of the crack, and the lowest order of the crack is opposite to the direction of the crack. When the scattered wave is incident on the plate, the multi-point vibration meter is used to determine the relationship between the time-cycle number analysis and the arrival time of the difference cycle number component and the measured position. As a result, the occurrence of the sum cycle number and difference cycle number is confirmed. The intersection position of scattered wave and electric probe is measured according to the direction of incidence, and the maximum intersection position of frequency component is calculated according to the result of imaging, and the maximum intersection position of frequency component is calculated according to the frequency component.