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

基本信息

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

项目摘要

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。

今年的研究进行了实验和理论研究，以阐明碳纤维增强复合层压板（CFRP层压板）的特征。首先，我们专注于频带（带隙），其中单向增强CFRP层压板的振幅传输光谱中的透射率显着降低，理论上阐明了生成行为。接下来，在使用单个传输方法测量传输波的实验中，考虑了接收探针的装置直径对带间隙生成行为的影响。在厚度为2 mm的CFRP层压板上进行测量，并且设备直径为0.25英寸和1英寸之间的频带隙产生行为没有显着差异。因此，当层压板的厚度相对较小时，在几毫米处时，在水和层压板之间的边界上的超声梁折射的影响很小，并且设备直径对带隙的影响可以忽略不计。此外，通过实验和理论分析研究了堆叠结构对带隙产生行为的影响。用三种类型的层压结构测量了CFRP层压板的透射光谱：单向，正交和伪异构层压板以及复杂的带隙的产生行为（频率依赖性，入射方向依赖性）在单向层压板中未见。还发现，使用刚度矩阵方法在理论分析中可以很好地再现这种趋势。除上述研究外，还对层压结构中的谐波产生行为进行了理论分析，并进行了层之间的非线性界面。在非线性弹簧界面上对无限连续层压结构的每个层间界面进行建模，并使用扰动方法制定了次级谐波生成和传播行为。结果，发现第二个谐波的产生和传播行为在很大程度上取决于基本波分量的带隙的产生行为（频率依赖性），并且在周期性结构中某个点观察到的第二个谐波组件中也形成了频段隙。

项目成果

期刊论文数量（13）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

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

DOI：
发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
0
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