非線形超音波スペクトロスコピーによる積層構造の高感度界面健全性評価

使用非线性超声光谱法高灵敏度评估层合结构的界面完整性

• 批准号: 13J01754
• 负责人: 石井 陽介
• 金额: $ 1.92万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J01754/
• 关键词: CFRP積層板; 超音波バンドギャップ; 超音波非破壊評価; 層間界面剛性; 吸湿

本年度の研究では、炭素繊維強化複合材料積層板（CFRP積層板）の斜角入射超音波伝搬特性の解明に向けた実験的および理論的検討を行った。はじめに，一方向強化CFRP積層板の振幅透過スペクトルにおいて透過率が著しく低下する周波数帯（バンドギャップ）に着目し、その発生挙動を理論的に解明した。次に、一回透過法による透過波測定実験において、バンドギャップ発生挙動に及ぼす受信探触子の素子径の影響を考察した。板厚2 mmのCFRP積層板に対して測定した結果、素子径が0.25インチの場合と1インチの場合でバンドギャップ発生挙動に大きな違いは見られなかった。したがって積層板の板厚が数mm程度と比較的薄い場合は、水と積層板の境界における超音波ビームの屈折の影響は非常に小さく、バンドギャップに及ぼす素子径の影響は無視できると考えられる．また、バンドギャップ発生挙動に及ぼす積層構成の影響に関して実験および理論解析による検討を行った。一方向積層、直交積層、擬似等方積層の三種類の積層構成を有するCFRP積層板に対して透過スペクトルを測定した結果、直交積層板および擬似等方積層板において、一方向積層板では見られない複雑なバンドギャップ発生挙動（周波数依存性、入射方向依存性）が見られた。そして、この傾向がスティフネスマトリクス法による理論解析においても良好に再現されることがわかった。上記研究に加えて、層間に非線形界面を有する積層構造中の高調波発生挙動の理論解析を行った。無限に続く積層構造の各層間界面を非線形スプリング界面でモデル化し、摂動法を用いて二次高調波発生・伝搬挙動の定式化を行った。その結果、二次高調波の発生・伝搬挙動は基本波成分のバンドギャップ発生挙動（周波数依存性）に強く依存し、周期構造中のある点で観測される二次高調波成分にもバンドギャップが形成されることがわかった。

This year's research is aimed at exploring the theoretical and analytical aspects of the transmission characteristics of obliquely incident ultrasonic waves in carbon fiber reinforced composite laminates (CFRP laminates). A theoretical explanation of the amplitude and transmission of CFRP laminates in one direction is given. The influence of the transmission wave on the transmission characteristics and the element diameter of the signal probe was investigated. CFRP laminates with a thickness of 2 mm were tested for particle diameters of 0.25 mm and 1 mm. The thickness of laminate is several mm, the thickness of laminate is thinner than that of laminate, and the thickness of laminate is thinner than that of laminate. The influence of the formation and formation of layers on the development and analysis of the system is discussed. Three types of laminate structures, i.e., one-directional laminate, orthogonal laminate, and pseudo-equirectangular laminate, are measured for CFRP laminates. The results of measurement for orthogonal laminate and pseudo-equirectangular laminate are as follows: The theory analysis shows that there is a tendency to reproduce the information. In this paper, the theoretical analysis of high-profile wave generation in laminated structures with non-linear interfaces between layers is studied. The interface between layers of infinite layered structure is non-linear, and the interface is transformed into a regular one by using the method of secondary high-profile wave generation and transformation. As a result, the generation and evolution of secondary high-profile waves are strongly dependent on the generation and evolution of fundamental wave components (cycle number dependence), and the formation of secondary high-profile waves is strongly dependent on the detection of certain points in periodic structures.

项目成果

Ultrasonic evaluation of interlayer interfacial stiffness and ply wave velocity of CFRP laminate

CFRP层合板层间界面刚度和铺层波速的超声评估

• 发表时间: 2014
• 作者: G. Kawaguchi;M. Maesato;H. Kitagawa;T. Imakubo;D. Graf;A. Kiswandhi and J. S. Brooks;Yosuke Ishii and Shiro Biwa
• 通讯作者: Yosuke Ishii and Shiro Biwa

京都大学機能構造力学研究室ホームページ

京都大学功能结构力学实验室主页

Transmission of ultrasonic waves at oblique incidence to composite laminates with spring-type interlayer interfaces

• DOI: 10.1121/1.4934265
• 发表时间: 2015-11-01
• 期刊: JOURNAL OF THE ACOUSTICAL SOCIETY OF AMERICA
• 影响因子: 2.4
• 作者: Ishii, Yosuke;Biwa, Shiro
• 通讯作者: Biwa, Shiro

CFRP積層板の層間特性評価に向けた斜角入射超音波伝搬挙動の理論的検討

斜入射超声传播行为评价CFRP层合板层间特性的理论研究

• 发表时间: 2015
• 作者: Genta Kawaguchi;Mitsuhiko Maesato;Hiroshi Kitagawa;Tatsuro Imakubo;David Graf;Andhika Kiswandhi;James S. Brooks;木村成生;石井陽介，琵琶志朗
• 通讯作者: 石井陽介，琵琶志朗

Effects of interlayer interfacial stiffness on ultrasonic propagation in composite laminates at oblique incidence

层间界面刚度对斜入射复合材料层合板中超声波传播的影响

• 发表时间: 2015
• 作者: 川口玄太;前里光彦;北川宏;今久保達郎;D. Graf;A. Kiswandhi;J. S. Brooks;木村成生;Y. Ishii and S. Biwa
• 通讯作者: Y. Ishii and S. Biwa