モード変換エバネッセント場が切り拓く薄板接合部の超解像可視化技術創成

模式转换倏逝场开发的薄板接头超分辨率可视化技术的创建

基本信息

批准号：
22K18745
负责人：
小原良和
金额：
$ 4.08万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

薄板部材の接合部の検査法として、欠陥からの散乱波（伝搬波）を用いる超音波フェーズドアレイの開発が長年行われてきたが、映像分解能が回折限界（λ/2）に制限され、微小欠陥検出は原理的に不可能だった。本研究では、従来法とは全く原理の異なる「モード変換エバネッセント場に基づく超解像可視化技術」を創出すべく、3D数値シミュレータの構築により、その発生挙動を解明する。さらに、接合部全体に効果的に横振動（面内変位）を発生させる方法を検討する。これにより、微小欠陥近傍で、モード変換の縦波エバネッセント場（面外変位）が発生する。これを、現場で求められる高SN比の実現に向けて、He-Neレーザより10倍感度の高い赤外レーザドップラ振動計の精密スキャンにより選択的に検出し、接合欠陥の超解像可視化を実現する。2022年度は、下記3項目を遂行した。[1]接合部全体を効果的に横振動させる振動子を試作し、レーザスキャン技術を駆使した音場計測装置で評価した。その結果、縦波用探触子を用いた場合は、側面からの入射に対しても、ポアソン効果で面外変位が発生してしまうのに対し、横波用試作探触子では、面外変位を大幅に抑制できることが分かった。[2]実欠陥でのモード変換エバネッセント場の発生機構解明のため、3D数値シミュレータの開発を目的として、検討を開始し、効率的計算のためボクセル要素で構成された有限要素解析ソフトウェアが有望であることを確認した。[3]薄板試験片に対して検証用微小欠陥試験片の作製も開始した。

作为检查薄板构件的关节的一种方法，已经开发了多年来使用散射波（传播波）的超声波杆阵列（繁殖波），但是视频分辨率仅限于衍射极限（λ/2），而原则上，微脱极型的检测是不可能的。在这项研究中，为了创建与传统方法完全不同的“基于模式转化的逃生场”的“超分辨率可视化技术”，我们将阐明3D数值模拟器的生成行为。此外，研究了一种在整个关节中有效产生侧向振动（平面内部位移）的方法。这会导致模式转换的纵向波传播场（平面外位移）发生在微缺陷附近。通过精确扫描红外激光多普勒振动仪，该振动仪比HE-NE激光敏感10倍，以实现连接缺陷的超分辨率可视化，从而选择性地检测到这一点。在2022财年，以下三项完成。 [1]我们制作了一个原型振动器，该振动器有效地侧面振动了整个接头，并使用声音磁场测量设备对其进行了评估，该测量设备充分利用激光扫描技术。结果，发现当使用纵向波探头时，即使是从侧面入射的泊松效应，也会出现平面外位移，而平面外的位移可以通过原型横向波浪探针显着抑制。 [2]为了阐明在实际缺陷中生成模式转化的逃生场的机理，我们开始了一项研究，目的是开发3D数值模拟器，并确认由体素分析软件由体素分析软件组成的有限元分析软件有望有效地计算。 [3]我们还开始准备微型缺陷测试样品，以验证薄板样品的验证。