非接触超音波法による先端複合材料の健全性診断

利用非接触式超声方法进行先进复合材料的健康诊断

基本信息

批准号：
02F00322
负责人：
平尾雅彦
金额：
$ 1.02万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は,航空宇宙機器・輸送機器などの重要な構造用材料であり,今後より一層多く使用される炭素繊維強化高分子および金属系複合材料の超音波による局所的な損傷・劣化診断を目指すものである.今年度は,圧電振動体の共振特性から複合材料の接触部分の劣化を検出する点接触共振の励起・検出に向けた研究を開始した.すぐれた圧電定数と温度特性を有するランガサイト直方体の共振モードを理論解析し,対象物との点接触に適する点(振動の腹)と支持に適する複数の点(振動の節)を決定することができた.この結果をもとに設計したプローブ針と支持点をもつmmオーダの直方共振体を作製し,その全体をコイルに印加する外部磁場によって励起・検出することに成功した.測定物との接触は文字通り一点のみであり,また支持点は面外変位を持たない不動点であるため,理想的な点接触共振が実現した.このセンサを利用したスペクトロスコピーでは,接触部位の弾性特性を反映して変化する共振周波数の感度は,強磁性体の小球を振動体とする従来法に比べて10〜100倍向上した.チタン合金を母材とするSiC繊維強化複合材料について,明瞭なコントラストの画像が得られた.独自に開発した点接触超音波顕微鏡を用いて,シリコンカーバイド繊維の断面内のヤング率分布を計測することに成功した.この結果,コア部に存在する炭素のヤング率が500GPaを超える高いものであることが判明した.これは,グラファイトに似た炭素結晶のC軸が半径方向に向いた集合組織を有し,弾性定数が極めて大きなa軸が繊維の軸方向を向いていたためであり,内部組織と弾性定数の測定結果に良い相関を見出すことができた.また,シリコンカーバイド層の中でも弾性定数は分布しており,特に炭素に近い部分では弾性定数が急激に減少していた.おそらく,炭素が拡散してきたことにより,理想的なSiCの組成に比べて炭素が過剰に混入した組織となっているために,弾性定数の低下が見られたものと考えられる.

这项研究旨在诊断由于碳纤维增强聚合物和金属复合材料的超声波波造成的局部损害和恶化，这是航空航天和运输设备的重要结构材料，并且将来更频繁地使用。今年，我们开始研究旨在激发和检测点接触共振，该谐振基于压电振动器的共振特性检测复合材料的接触部分。我们从理论上分析了具有出色的压电常数和温度特性的Langasite矩形平行剥离的共振模式，并提供适合于对象（振动腹部）和振动点（振动液）的点（振动腹）（振动腹），适用于与物体与对象的点接触。确定适合支撑的多个点（振动节点）。基于此结果，设计了一个探针针和一个支撑点，并产生了带有支撑点的MM顺序的矩形谐振器，并且通过应用于线圈的外部磁场进行了激发和检测整个对象。由于与测量对象的接触实际上只有一个点，并且支撑点是一个没有平面外排位的固定点，因此实现了理想的接触谐振。在使用该传感器的光谱法中，共振频率变化以反映接触区域的弹性特性。 SIC纤维增强复合材料的灵敏度使用小铁磁球，因为振动器比常规方法高10至100倍。对于由钛合金制成的SIC纤维增强复合材料，获得了明显的对比度图像。使用独特的点触点超声显微镜，我们成功地测量了硅纤维纤维横截面内的杨氏模量分布。结果，发现核心中存在的碳的年轻模量高于500 GPA。这是因为类似于石墨的碳晶体的C轴具有半径。这是因为具有方向纹理和极大弹性常数的A轴面向纤维的轴向方向，我们发现内部结构与弹性常数测量结果之间存在良好的相关性。此外，即使在碳化硅层内，弹性常数也被分布，弹性常数迅速下降，尤其是在接近碳的区域。据认为，碳扩散，与理想的SIC组成相比，碳混合过多的结构，从而导致弹性常数降低。