ラム波の非線形挙動に着目した接着構造の高感度な健全性評価

以兰姆波非线性行为为重点的粘合结构的高灵敏度健康评估

基本信息

批准号：
17H07254
负责人：
森直樹
金额：
$ 1.91万
依托单位：
Ritsumeikan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-08-25 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

薄肉構造を伝わる弾性ガイド波の一種であるラム波を用いた高感度な健全性評価の実現に向けて，平板の重ね接着部とラム波との相互作用について理論解析を実施した．本検討で得られた成果は以下の通りである．1. ラム波の示す非線形挙動を理解するために必要な知見を得るため，重ね接着部におけるラム波の反射・透過特性解析を行った．研究代表者らが突合せ接着および接触部に対して行った検討結果に基づき，接着界面を線形スプリング界面としてモデル化した．ハイブリッド有限要素法による数値解析の結果，低周波数域におけるラム波0次対称（S0）および反対称（A0）モードの反射・透過係数は，接着部の長さおよび接着界面剛性に依存した周波数で極値を取ることが明らかとなった．また，特定周波数のラム波A0モードを入射すると，接着界面両側での変位差が増大した．2. 界面両側での変位差に関して2次の非線形性を有する非線形スプリング界面モデルを接着界面に適用し，重ね接着部におけるラム波の二次高調波発生挙動に対して数値解析を実施した．線形解析で得られた知見を基に，界面変位差が増大する周波数のラム波を入射した場合，接着部で発生する二次高調波の全エネルギー流束は増大する傾向が見られた．しかしながら，重ね接着部の端部で生じる反射・透過の影響により，二次高調波の反射・透過振幅は複雑な周波数依存性を示すことがわかった．界面変位差が増大する周波数と接着部の長さおよび接着界面剛性との関係を含め，今後さらなる検討が必要であると考えている．さらに，理論解析と並行して，超音波測定を実施するための実験系を構築した．斜角探触子を用いた予備実験を行い，透過ラム波の測定が可能であることを確認した．

为了利用兰姆波（一种通过薄壁结构传播的弹性导波）实现高灵敏度的健康评估，我们对平板重叠键和兰姆波之间的相互作用进行了理论分析。本研究获得的结果如下。 1. 为了获得理解兰姆波所表现出的非线性行为所需的知识，我们对重叠键处兰姆波的反射和传输特性进行了分析。根据主要研究人员对对接粘附和接触区域进行的研究结果，粘附界面被建模为线性弹簧界面。采用混合有限元法进行数值分析发现，低频范围内零阶兰姆波对称（S0）和反对称（A0）模式的反射和透射系数取决于波导的长度。粘合和粘合界面的刚度很明显它取极值。此外，当施加特定频率的兰姆波A0模式时，粘合界面两侧的位移差增大。 2. 将界面两侧位移差具有二阶非线性的非线性弹簧界面模型应用于胶粘界面，对搭接胶粘处兰姆波的二阶谐波产生行为进行数值分析。根据线性分析获得的知识，发现当入射具有增加界面位移差的频率的兰姆波时，在接合部分处产生的二次谐波的总能量通量趋于增加。然而，我们发现，由于重叠键合边缘发生反射和透射的影响，二次谐波的反射和透射幅度表现出复杂的频率依赖性。我们认为未来需要进一步研究，包括界面位移差增大的频率、粘合部分的长度和粘合界面的刚度之间的关系。此外，在理论分析的同时，我们构建了一个实验系统来执行超声波测量。我们使用角度探头进行了初步实验，并确认可以测量传输的兰姆波。

项目成果

期刊论文数量（2）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Transmission characteristics of the S0 and A0 Lamb waves at contacting edges of plates

S0和A0兰姆波在板接触边缘处的传输特性

DOI：
10.1016/j.ultras.2017.06.009
发表时间：
2017
期刊：
Ultrasonics
影响因子：
4.2
作者：
Mills;D. J.;岩手大学宮澤賢治センター・大野眞男・石井正己・岡村民夫・山本昭彦・宮澤明裕・大須賀匠・竹田晃子・小島聡子・田中成行・山本昭彦・木村直弘・アスィェサベルモガッダム・清瀬六朗・高橋在也;竹内麻貴;細尾萌子・田川千尋・大場淳;Naoki Mori and Shiro Biwa
通讯作者：
Naoki Mori and Shiro Biwa

平板の突合せ接触部におけるラム波の透過特性と接触界面剛性

平板对接时的兰姆波传输特性和接触界面刚度