Analysis of wave propagation in anisotropic materials and application to NDE

各向异性材料中的波传播分析及其在无损检测中的应用

基本信息

项目摘要

Dynamic behaviors of elastic waves in anisotropic media are much different from those in isotropic media since elastic wave speeds depend on the directions of wave propagation. It is, therefore, necessary to develop the analysis for scattering and propagation of elastic waves for quantitative ultrasonic nondestructive evaluation for anisotropic materials. In this paper, numerical and experimental approaches are pursued to investigate the effect of anisotropy on the characteristics of elastic waves and are applied to the ultrasonic testing to detect quantitatively a defect in a thick anisotropic plate. The main results are obtained as follows: 1. The program code is developed to analyze the dynamic behaviors of elastic waves by a volumetric defect in an anisotropic solid of infinite extent. The method is based on a time domain boundary integral equation in conjunction with a collocation point method. Numerical results are visualized for scattering and propagation around defects subjected to various conditions of incident waves and material constants. 2. A boundary integral equation method is also developed for the scattering problem by a crack in an anisotropic solid, where the hypersingular integrals are regularized using the Galerkin method. 3. Ultrasonic experiments with angled beam transducers are carried out for a thick steel plate with artificial cylindrical defects. It is shown that as the incident wave angle increases, the effect of anisotropy increases, which implies that the accuracy of the nondestructive testing may decrease unless appropriate remedy is given. 4. All processes of ultrasonic experiments including incidence, scattering and radiation are numerically simulated. Good agreement is obtained between theory and experiment, which will give useful information for quantitative ultrasonic evaluation for anisotropic materials.
弹性波在各向异性介质中的动力学行为与在各向同性介质中的动力学行为有很大不同,因为弹性波的传播速度取决于波的传播方向。因此,有必要对弹性波的散射和传播进行分析,以便对各向异性材料进行定量的超声无损评价。本文采用数值和实验方法研究了各向异性对弹性波特性的影响,并将其应用于各向异性厚板缺陷的超声检测中。主要研究结果如下:1.开发了分析无限大各向异性固体中体积缺陷引起的弹性波动力学行为的程序代码。该方法是基于结合配点法的时域边界积分方程。数值结果可视化的散射和周围的缺陷进行各种条件的入射波和材料常数的传播。2.一个边界积分方程方法也开发了各向异性固体中的裂纹的散射问题,超奇异积分使用Galerkin方法进行正则化。3.利用斜梁换能器对人工圆柱形缺陷厚钢板进行了超声实验。结果表明,随着入射波角度的增加,各向异性的影响增加,这意味着无损检测的准确性可能会下降,除非给予适当的补救措施。4.数值模拟了超声实验的入射、散射和辐射全过程。理论与实验结果吻合较好,为各向异性材料的超声定量评价提供了有用的信息。

项目成果

期刊论文数量(23)
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专利数量(0)
S. Hirose: "Simulation of ultrasonic wave scattering and inverse analysis using integral equations"J. Japanese Soc. Non-destructive Inspection. 47. 300-306 (1998)
S. Hirose:“利用积分方程模拟超声波散射和反分析”J。
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    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
S. Hirose: "Dynamic analysis for a crack in anisotropic elastic solid"Proc. 16th Japan National Symp. on Boundary Element Methods, JACOME. 16. 13-17 (1999)
S. Hirose:“各向异性弹性固体中裂纹的动态分析”Proc。
  • DOI:
  • 发表时间:
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    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
桂健太郎,廣瀬壮一: "弾性波動の散乱特性に及ぼす異方性の影響"第27回土木学会関東支部技術研究発表会概要集. (2000)
Kentaro Katsura、Soichi Hirose:“各向异性对弹性波散射特性的影响”第 27 届日本土木学会关东分会技术研究报告摘要集(2000 年)。
  • DOI:
  • 发表时间:
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    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
廣瀬 壮一、桂健太郎: "異方性材料中の様々な欠陥による散乱特性"応用力学論文集. 第2巻. 119-125 (1999)
Soichi Hirose、Kentaro Katsura:“各向异性材料中各种缺陷引起的散射特性”《应用力学杂志》第 2 卷 119-125(1999 年)。
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    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
廣瀬壮一: "異方弾性体中のき裂に対する動的解析"境界要素法論文集. 第16巻. 13-17 (1999)
Soichi Hirose:“各向异性弹性体裂纹的动态分析”边界元法论文,第 16 卷,13-17 (1999)。
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ESTIMATION OF WATER PONDING ON STEEL PLATE ATTACHED TO THE BOTTOM SURFACE OF REINFORCED CONCRETE SLAB OF HIGHWAY BRIDGES
公路桥梁钢筋混凝土板底面附着钢板积水估算
  • DOI:
    10.2208/journalofjsce.8.1_144
  • 发表时间:
    2020
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  • 作者:
    TACHIBANA Hajime;HIROSE Sohichi;FURUKAWA Akira;NAKAMOTO Keisuke
  • 通讯作者:
    NAKAMOTO Keisuke
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  • 发表时间:
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  • 作者:
    TAKEDA Haruhiko;SAITOH Takahiro;HIROSE Sohichi;斎藤隆泰・松原江里・廣瀬壮一;斎藤隆泰・石黒明日海・木本和志・中畑和之;竹田晴彦・福島輝宙・斎藤隆泰;斎藤隆泰
  • 通讯作者:
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  • DOI:
  • 发表时间:
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  • 作者:
    TAKEDA Haruhiko;SAITOH Takahiro;HIROSE Sohichi;斎藤隆泰・松原江里・廣瀬壮一;斎藤隆泰・石黒明日海・木本和志・中畑和之;竹田晴彦・福島輝宙・斎藤隆泰;斎藤隆泰;中島未椰・塚越勇真・斎藤隆泰・加藤毅;中島未椰・斎藤隆泰・加藤毅;斎藤隆泰・笹岡真次・川上真穂・廣瀬壮一;斎藤隆泰;斎藤隆泰;中畑和之・中村悠人・丸山泰蔵・斎藤隆泰;笹岡真次・斎藤隆泰・廣瀬壮一;豊田哲志・斎藤隆泰・加藤毅・廣瀬壮一;中島未椰・小西裕貴・斎藤隆泰・加藤毅;斎藤隆泰・豊田哲志・中畑和之;豊田哲志・斎藤隆泰・中畑和之;斎藤隆泰・笹岡真次・廣瀬壮一;斎藤隆泰
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
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  • 作者:
    TAKEDA Haruhiko;SAITOH Takahiro;HIROSE Sohichi;斎藤隆泰・松原江里・廣瀬壮一;斎藤隆泰・石黒明日海・木本和志・中畑和之
  • 通讯作者:
    斎藤隆泰・石黒明日海・木本和志・中畑和之
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  • DOI:
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    TAKEDA Haruhiko;SAITOH Takahiro;HIROSE Sohichi;斎藤隆泰・松原江里・廣瀬壮一;斎藤隆泰・石黒明日海・木本和志・中畑和之;竹田晴彦・福島輝宙・斎藤隆泰;斎藤隆泰;中島未椰・塚越勇真・斎藤隆泰・加藤毅;中島未椰・斎藤隆泰・加藤毅;斎藤隆泰・笹岡真次・川上真穂・廣瀬壮一
  • 通讯作者:
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Optimization of multi-channel measurement system for nondestructive evaluation
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定量低频超声检测的发展及其在混凝土结构无损评价中的应用
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