Defect detection method for orthotropic materials based on the point source constrained PDE

基于点源约束偏微分方程的正交各向异性材料缺陷检测方法

基本信息

批准号：
21K04096
负责人：
寺本顕武
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Saga University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

CFRP複合材は、その構造から超音波試験に対して本質的な困難さを伴っている。困難さの一つが高い減衰率である。複合材を構成する基材（樹脂）による粘性減衰、樹脂／繊維界面における散乱が原因と考えられている。もう一つは、音速（位相速度）の異方性である。すなわち、線維と平行な向きには速度が速いが、そうでない向きには遅いという性質である。そのため、伝搬速度が方向によって異なるため、伝搬時間に基づく手法では傷の正確な位置がもとまらないという問題が起こっている。本研究では、高い減衰率による問題に対しては、中心周波数が30 kHz程度の低いガイド波を用いて回避している。同時に、低周波数による低分解能に対して、点波源拘束偏微分方程式に基づいた撮像手法を導入することによって超解像を実現し、問題を回避している。つぎに、異方性の問題に対して、波動場をLp空間で表現し、擬似的なグリーン関数を用いてその空間での点波源拘束偏微分方程式を考えCFRP板材中の欠損のシルエット撮像を実現している。まず準備として等方性弾性体薄板を伝搬するA0モードラム波動場におけるグリーン関数と点波源拘束偏微分方程式とを導出し、板材の法線方向の面外変位とその互いに直交する面外せん断歪みの自己相関および相互相関から欠損を検出する仕組みを明らかにしている。つぎに等方性弾性体薄板を伝搬するA0モードラム波動場におけるグリーン関数の距離の項をLp空間における距離に置き換えたものを擬似的なグリーン関数とおき、それを用いて板材の法線方向の面外変位とその互いに直交する面外せん断歪みの自己相関および相互相関から欠損検出が可能か試みた。炭素繊維強化樹脂の薄板に人工的な欠損を施し、板材の法線方向の面外変位とその互いに直交する面外せん断歪みの互いの自己相関および相互相関から欠損のシルエットの再構成に成功した。

由于其结构，CFRP复合材料本质上很难进行超声测试。困难之一是高阻尼率。据信，构成复合材料和树脂/纤维界面散射的基板（树脂）引起的粘性阻尼是原因。另一个是声速（相速度）的各向异性。也就是说，速度沿平行于纤维的方向速度快，但朝着不同的方向缓慢。因此，由于传播速度取决于方向而变化，因此基于传播时间的方法，无法使用划痕的确切位置。在这项研究中，使用中心频率约为30 kHz的指导波避免了由于高衰减率而引起的问题。同时，对于由于低频率而导致的低分辨率，通过基于点波源约束部分微分方程引入成像方法来实现超分辨率，并避免了问题。接下来，在响应各向异性问题时，波场在LP空间中表达，并且该空间中的点波源约束部分微分方程被认为用于捕获CFRP板材中缺陷的剪影图像。首先，作为准备工作，我们在A0模式的羔羊波场中得出了绿色的功能和点波源的限制的部分微分方程，该方程通过各向同性弹性薄板传播，以及一种从正常方向和其他板块范围内的隔离方向互换的机制，用于检测自相关和交叉相互交叉相关的功能。接下来，我们在A0模式的羔羊波场中替换了绿色功能的距离，该羔羊波场通过各向同性弹性薄板传播，在LP空间中作为伪绿色的功能，我们试图从板材上或其他板块置于正常的方向和其他方向上的交叉相互作用和交叉相互作用，并试图确定缺陷检测。将人造缺陷应用于薄薄的碳纤维增强树脂上，并且缺陷的轮廓通过在平面外材料的正常方向及其平面外剪切剪切正交的正常方向的自相关和互相关成功地重建。