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.

本研究旨在利用超声波诊断碳纤维增强聚合物和金属基复合材料的局部损伤和劣化，这些材料是航空航天设备、交通设备等的重要结构材料，未来将得到更频繁的使用。今年，我们将重点介绍压电振动器的常见用途。我们已经开始研究点接触共振的激发和检测，从振动特性检测复合材料接触部分的劣化。我们对具有优异压电常数和温度特性的兰加斯特长方体的共振模式进行了理论分析，并适合点接触的点（振动的波腹）和根据这些结果，我们能够确定适合支撑的多个点（振动节点），并通过设计的探针和支撑点创建了毫米级的矩形谐振器，并将整个力施加到线圈上，我们成功地激励了线圈。并使用外部磁场进行检测。由于与被测物体实际上只有一个点接触，并且支撑点是一个固定点，没有面外位移，因此使用该传感器实现了理想的点接触共振，可以检测接触面积。改变以反映弹性特性的共振频率。采用自主开发的点，以小铁磁球为振动体的碳化硅纤维增强复合材料，其灵敏度比传统方法提高了10至100倍。接触式超声波显微镜，我们成功测量了碳化硅纤维横截面内的杨氏模量分布。结果，我们发现芯部存在的碳的杨氏模量很高，超过了500GPa。这与石墨的C轴相似。碳晶体是半径这是因为弹性常数极大的a轴沿纤维的轴向取向，即使在碳化物层内，内部结构与弹性常数的测量结果之间也存在良好的相关性。，弹性常数呈分布。，特别是在靠近碳的区域，弹性常数迅速下降。这可能是由于碳扩散导致与理想的 SiC 成分相比，混合了过量碳的结构。弹性常数降低。