Study of Lamb wave frequency mixing by interfacial nonlinearity toward nondestructive evaluation of closed defects

界面非线性兰姆波混频研究对闭合缺陷的无损评价

• 批准号: 22H01361
• 负责人: 琵琶 志朗
• 金额: $ 10.82万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01361/
• 关键词: 機械材料・材料力学; 超音波; 非破壊評価; 閉口欠陥; ラム波; 機械材料・材料力学; 超音波; 非破壊評価; 閉口欠陥; ラム波

本研究では閉口欠陥の界面非線形性によるラム波（平板を伝わる超音波）の周波数ミキシング（異なる周波数の超音波を入射した際の和・差周波数成分の発生）の機構と特徴について実験および理論・数値解析により明らかにすることを目的としている。今年度の研究による主な成果は以下の通りである。（1）界面非線形性によるラム波の周波数ミキシングを解明するための基礎的検討としてバルク波（縦波）の周波数ミキシングに関する実験的検討を行った。具体的には、二個のアルミニウム合金ブロックの接触界面に対して異なる入射方向の組み合わせで縦波バースト波（基本波）を入射し、異なる方向に設置した圧電探触子で測定した散乱波に含まれる和・差周波数成分をスペクトル解析により評価した。この結果、基本波の入射方向の組み合わせに応じて和・差周波数成分が相対的に強く観測される方向が変化することがわかった。和・差周波数成分が強く観測された方向は非線形スプリング界面モデルに基づく理論解析で予想される伝搬方向と良く対応することも確認された。（2）アルミニウム合金平板に導入した疲労き裂に対向方向からS0モード（最低次対称モード）ラム波を入射したときの散乱波を平板上の多点でレーザドップラー振動計を用いて測定し、時間－周波数解析で得られる和・差周波数成分の到達時間と測定位置の関係から求めた伝搬速度に基づいてラム波モードの同定を行った。この結果、和周波数ではS0モードおよびA0モード（最低次反対称モード）、差周波数ではA0モードのラム波の発生が確認された。また、対向方向から入射するラム波の交差位置を二次元的に走査しながら散乱波を圧電探触子で測定し、和周波数成分のパワー最大値を交差位置の関数として画像化した結果、き裂に対応する位置で大きな値が得られ、ラム波周波数ミキシングに基づくき裂の画像化が可能であることが示唆された。

这项研究旨在阐明频率混合的机制和特征（当出现不同频率的超声波时产生总和和差异频率成分），这是由于封闭缺陷的界面非线性通过实验，理论和数值分析而导致的。今年研究的主要结果如下：（1）对散装波的频率混合（纵向波）进行的实验研究是作为一项基本研究进行的，以阐明由于界面非线性而引起的羔羊波的频率混合。具体而言，纵向波爆发波（基本波）入射在不同入射方向的两个铝合金块的接触界面上，并且通过光谱分析评估了通过放置在不同方向上的压电探针测量的散射波中包含的总和和差异频率成分。结果，发现观察到的总和和差异频率成分的方向相对强烈地变化，具体取决于基本波的入射方向的组合。还证实，观察到的总和和差异频率成分的方向与基于非线性弹簧界面模型的理论分析预期的传播方向很好地对应。 （2）当S0模式（最低的对称模式）羔羊波的散射波被入射在疲劳裂纹上，从相反方向引入到铝合金板中的疲劳裂纹在板上的多个点上使用激光多普勒多普勒振动仪，并根据分析频率和差异频率组合的速度来确定lamb lamb波的速度，并确定lamb波的速度。结果，在总和频率下观察到S0和A0模式（最低的抗对称模式）中的羔羊波，并在差异频率下的A0模式下观察到。此外，使用压电探针测量散射波，同时扫描羔羊波的相交位置在两个维度上从相反方向入射的羔羊波的相交位置，并在二维中扫描了羔羊波的交叉位置，并将总和频率成分的最大功率值作为相交位置的函数成像，从而导致与裂纹相对的大价值，这表明基于裂纹的位置，这可能是基于裂纹的裂纹频率混合的。