Nondestructive evaluation of crack in structural material based on interactions of light, sound, and vibration obtained by advanced sensing technique

基于先进传感技术获得的光、声和振动相互作用的结构材料裂纹的无损评估

• 批准号: 21H01420
• 负责人: 中畑 和之
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: Ehime University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 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-21H01420/
• 关键词: 無線受信; 超音波; 振動; レーザー; 非破壊評価; 非線形ダイナミクス; 光音響効果; 無線プローブ

本研究は，き裂の応力状態に応じて生じる超音波の非線形性を利用して，広範囲からき裂の検出を行い，さらに局所検査によってき裂の同定を行う先進的非破壊評価法を開発することを目的とする．広域検査では，レーザー光の時間変調を利用して単一周波数の連続波となるように超音波を発生し，水平方向に長距離伝搬させる．このとき，同時に小型錘で構造部材を加振することでき裂面の応力状態を変化させると，界面接触に起因する非線形振動が現れることを利用する．き裂の局所検査には，レーザー光の空間変調を利用して照射面下に超音波を発生させ，き裂による散乱波を開口合成してき裂の同定を行う．R3年度は，レーザー光の時間変調を用いた超音波の周波数制御と，受信超音波の無線転送の基礎検討を行った．広域検査のために，対象物に連続波の超音波を送信する光学系を設計・製作した．レーザー光源は高周波の繰り返し周波数で発信するが，このときゲート信号に応じてレーザーの発振をON-OFF することで，低周波の周波数を発生させることに成功した．現状では，ゲート信号を急にOFFにすることで波形ががたついているので，波形処理を導入して受信波形を整形して出力することを検討している．受信した超音波を無線通信でPCに転送するための基礎検討を行った．無線・小型化のために，現状の加速度センサの構造と特性を把握する必要があった．富士セラミクス(株)の協力の下，圧電素子部分とアンプを切り分け，研究室にてバラック状態であるが振動を計測することができた．一方で，ファンクションジェネレータの信号をトリガとして，無線による計測開始を制御することができた．今後は，これらを組み合わせ，振動を計測して無線転送するシステムを構築する予定である．また，小型ケースに収納できるように，個々の部品のアセンブリを行う．

这项研究旨在开发一种先进的非破坏性评估方法，该方法使用响应裂纹应力状态而发生的超声波的非线性，还使用局部检查来检测裂缝。在大区域检查中，产生超声波，以使用激光光调制的时间调制，形成单个频率的连续波，并从长距离沿水平方向传播。目前，我们利用了一个事实，即当结构构件可以用较小的重量激发并改变裂纹表面的应力状态时，出现了由界面接触引起的非线性振动。为了局部检查裂纹，使用激光光的空间调制在辐照表面下产生超声，并合成由裂纹引起的散射波以识别裂纹。在R3财政年度，我们使用激光照明的时间调制和无线电传输对超声进行超声进行了基础研究。为了进行大区域检查，设计和制造了一个光学系统，以将连续的超声波传输到物体。激光源以高频重复频率传输，并通过响应栅极信号而打开和关闭激光振荡，我们成功地产生了低频频率。当前，当栅极信号突然关闭时，波形交错，因此我们正在考虑引入波形处理以塑造接收到的波形并输出它。我们通过无线通信进行了一项基础研究，该研究对转移接收到PC的超声检查。为了减小尺寸和无线，有必要了解当前加速度传感器的结构和特征。随着富士陶瓷有限公司的合作，对压电元件部分和放大器进行了分离，尽管进行了军费，但在实验室中仍可​​以在实验室中测量振动。另一方面，可以使用来自函数发生器的信号作为触发来控制通过无线电测量的开始。将来，我们计划将它们结合起来，以构建一个测量振动和传输无线电的系统。此外，将各个零件组装在一起，以便可以在小情况下存储。

项目成果

固体へのレーザー照射による弾性波の発生とその波形特性について

激光照射固体产生弹性波及其波形特征

• 发表时间: 2022
• 作者: A. Jewel;K. Fujisawa and A. Murakami;山内謙汰，丸山泰蔵，中畑和之
• 通讯作者: 山内謙汰，丸山泰蔵，中畑和之

有限積分法を用いた光音響波の伝搬シミュレーションと実験による検証

有限积分法光声波传播模拟及实验验证

• 发表时间: 2022
• 作者: T. Cheng;X. Chen;X. Yan;X. Zhang;F. Wang;T. Suzuki and Y. Ohishi;三木 陽大，廣瀬 悠人，丸山 泰蔵，中畑 和之
• 通讯作者: 三木 陽大，廣瀬 悠人，丸山 泰蔵，中畑 和之

振動時の疲労き裂の開閉口に伴う超音波透過波形の動的変化について

振动过程中疲劳裂纹的张开和闭合导致超声波传输波形的动态变化

• 发表时间: 2022
• 作者: 野村瞬，高橋恵輔;小林真理，川端雄一郎，笠谷貴史，岩波光保，山中寿朗，牧田寛子，後藤慎平;川﨑藍流，小野寺慧，丸山泰蔵，中畑和之
• 通讯作者: 川﨑藍流，小野寺慧，丸山泰蔵，中畑和之

動弾性・音響有限積分法によるレーザー超音波法の数値シミュレーション

采用动态弹性/声学有限积分法对激光超声方法进行数值模拟

• 发表时间: 2022
• 作者: Takamasa Nagai;Ko Kakuma;Hiroaki Nishi;Pengru Deng;and Takashi Matsumoto;三木 陽大，丸山 泰蔵，中畑 和之
• 通讯作者: 三木 陽大，丸山 泰蔵，中畑 和之