異方性材料の高感度な超音波非破壊評価のための非線形三波相互作用の解明

阐明非线性三波相互作用，用于各向异性材料的高灵敏度超声无损评估

基本信息

批准号：
21K03770
负责人：
石井陽介
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Kyoto 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

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03770/
关键词：
非線形超音波法非破壊評価異方性材料

项目摘要

本研究では，異方性材料の新しい超音波非破壊評価のための，非線形三波相互作用の解明を目的としている．本年度は，昨年度に実施した非線形三波相互作用が生じるための必要条件である共鳴条件を図式的に解釈する方法を検討した．共鳴条件は，交差させる二つの弾性波（基本波）の波数ベクトルの和・差が，基本波周波数の和・差周波数成分を有する弾性波（第三波）の波数ベクトルに等しくなる条件であり，昨年度の研究において，もっとも単純な立方晶材料中でさえも共鳴条件が各基本波の伝搬方向や周波数比，基本波・第三波のモードの組み合わせに顕著に依存することが示唆された．そこで本年度の研究では，異方性弾性体中を伝わる弾性波のスローネス面を用いることにより，共鳴条件の図式的な解釈を試みた．具体的には，波数ベクトルにより表されている共鳴条件を基本波と第三波のスローネス（位相速度の逆数）を用いて書き直し，それを基本波と第三波のスローネス面上で図式的に表現した．これにより，基本波伝搬方向，周波数比，モードが共鳴条件に及ぼす影響を容易かつ直感的に解釈できるようになった．また，スローネス面の法線方向は群速度方向に対応しているため，この方法により基本波・第三波のエネルギー伝搬方向も同時に得ることができる利点もある．昨年度の数値解析では基本波の励起方法の検討を目的に線形弾性材料中の超音波伝搬シミュレーションを実施した．本年度はこれに，立方晶材料についてのひずみエネルギー密度をひずみの三次まで（独立な三次弾性定数は6個）考慮することで材料非線形性を組み込んだ．三波相互作用の数値的検討の前段階として，結晶軸方向の一次元縦波伝搬シミュレーションを実施し，得られた二次高調波振幅の伝搬距離依存性を摂動解析に基づいた理論解と比較することで妥当性を検証した．

本研究旨在阐明非线性三波相互作用，用于各向异性材料的新型超声无损评估。今年，我们研究了一种以图形方式解释共振条件的方法，这是我们去年进行的非线性三波相互作用发生的必要条件。共振条件是两个相交的弹性波(基波)的波数矢量之和/差等于具有其和/差频率分量的弹性波(第三波)的波数矢量的条件。基波频率，去年的研究表明，即使在最简单的立方体材料中，共振条件也很大程度上取决于每个基波的传播方向和频率比，以及基波模式和三次波模式的组合。因此，在今年的研究中，我们尝试利用弹性波在各向异性弹性体中传播的慢度面来图形化地解释共振条件。具体地，使用基波和第三波的慢度(相速度的倒数)重写由波数矢量表示的共振条件，并且将其图形地表示在基波和第三波的慢度平面上。表达了。这使得可以轻松直观地解释基波传播方向、频率比和模式对谐振条件的影响。另外，由于慢度面的法线方向对应于群速度方向，因此该方法具有可以同时获得基波和三次波的能量传播方向的优点。在去年的数值分析中，我们对超声波在线弹性材料中的传播进行了模拟，目的是研究基波激励方法。今年，我们通过考虑立方体材料高达三阶应变的应变能密度（有六个独立的三阶弹性常数），将材料非线性纳入其中。作为三波相互作用数值研究的第一步，我们在晶轴方向进行一维纵波传播模拟，并将获得的二次谐波振幅的传播距离依赖性与基于摄动的理论解进行比较分析验证了有效性。