ラム波非線形伝搬挙動の解明による積層材料の高効率・高感度非破壊評価原理の確立

阐明非线性兰姆波传播行为，建立层合材料高效灵敏无损评价原理

• 批准号: 12J02517
• 负责人: 松田 直樹
• 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: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012 至 2014
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J02517/
• 关键词: ラム波; ガイド波; 非線形特性; 材料力学; 超音波; 非破壊評価; 数値解析; 摂動解析; 時間領域差分解析; 機械材料・材料力学

本年度はガイド波における高調波発生挙動について実験的および理論的な検討を行い, 以下に示す結果をそれぞれ得た.1. 材料の表面近くを伝搬するガイド波の一種であるレイリー波の高調波発生挙動に関する実験的な検討を行った. アルミニウム合金ブロックにレイリー波を励起し, レーザ・ドップラー振動計を用いて試験片の表面振動を測定した. 測定された波形から基本波および二次高調波振幅の二次元的な分布を評価した. 既往の多くの研究では, レイリー波がその伝搬方向と垂直な方向に対して一様な振幅分布を持つことが仮定されているが, 本実験により, 実用的に用いられる有限の大きさのトランスデューサから生じるレイリー波ではその仮定が成り立たないことが示された. また, 定量的な材料非線形性の評価のためには, レイリー波の幾何的な拡散の影響を考慮する必要があることを示した.2. 積層材料中を伝搬する高調波発生挙動に関する数値的な解析を行った. 本研究では2枚のアルミニウム合金板を接着材によって接合した積層材料を対象とした. 解析では(a)アルミニウム合金板および接着剤の層は完全に接合されており, 各材料の材料非線形性を考慮したモデルと, (b)アルミニウム合金板2枚の界面を非線形な応力-変位関係をもつバネによって結合されているモデルの2種類について検討を行った. (a)については材料非線形性を考慮に入れた時間領域有限差分法, (b)については有限体積法を用いたガイド波伝搬シミュレーションを行った. 発生した高調波振幅の基本波周波数依存性を検討したところ, いずれのモデルでも位相整合条件を満たす周波数において高調波振幅が大きく増大した.上記したように1ではガイド波の空間的な振幅分布について, 2ではガイド波の位相整合条件と高調波発生挙動の関係を検討するなど, 本研究の成果はガイド波における高調波発生挙動の解明に資するものである.

This year, we conducted practical and theoretical discussions on the occurrence of high-profile waves in the Indian Ocean, and the results shown below are summarized.1. A study on the relationship between high frequency wave propagation and high frequency wave propagation on the surface of materials is carried out. The surface vibration of the test piece was measured by using a vibration meter. Measurement of fundamental wave shape and second-order harmonic wave amplitude and second-order harmonic wave distribution. In the past, many studies have shown that the amplitude distribution of the waves is constant in the direction of propagation and in the vertical direction. In this paper, the practical application of the waves is limited. It is necessary to consider the influence of geometric dispersion on the evaluation of non-linearity of materials. The analysis of the numerical value of the high-frequency wave generation in the multilayer material In this study, two kinds of alloy sheets were bonded to each other. Analysis: (a) the alloy plate and the adhesive layer are completely bonded together, and the nonlinearity of each material is considered;(b) the interface of two alloy plates is non-linear, force-position relationship is discussed. (a)In consideration of the nonlinearity of materials, finite difference method in time domain is used, and (b) finite volume method is used to calculate the wave transition time. The frequency dependence of the fundamental wave amplitude of the high-pitched wave is discussed. The results of this study are as follows: (1) The spatial amplitude distribution of high frequency waves;(2) The phase integration conditions of high frequency waves and the relationship between high frequency wave generation and high frequency wave generation.

项目成果

Analysis of harmonic generation in Lamb waves by finite-difference time-domain method

• DOI: 10.1063/1.4749328
• 发表时间: 2012-09
• 作者: N. Matsuda;S. Biwa

材料非線形パラメータ評価のためのラム波高調波発生挙動の理論的解析

用于材料非线性参数评估的兰姆波谐波产生行为的理论分析

• 作者: 松田直樹，琵琶志朗

Numerical analysis of harmonic generation of guided waves in a layered plate

层状板中导波谐波产生的数值分析

• 发表时间: 2014
• 作者: Naoki Matsuda;Shiro Biwa
• 通讯作者: Shiro Biwa

Numerical analysis of second harmonic generation in Lamb waves in an isotropic plate with distributed material nonlinearity

具有分布材料非线性的各向同性板中兰姆波二次谐波产生的数值分析

• 发表时间: 2013
• 作者: Takigawa;A.;Stroud;R. M.;Nittler;L. R.;and Alexander;C. M. O’D.;N. Matsuda
• 通讯作者: N. Matsuda

Frequency Dependence of Second-Harmonic Generation in Lamb Waves

• DOI: 10.1007/s10921-014-0227-y
• 发表时间: 2014-06-01
• 期刊: JOURNAL OF NONDESTRUCTIVE EVALUATION
• 影响因子: 2.8
• 作者: Matsuda, Naoki;Biwa, Shiro
• 通讯作者: Biwa, Shiro