機械の研究 2023年10月1日発売 第75巻 第10号

説明

巻頭記事
「非線形超音波法を用いたき裂評価における分調波発生現象の数値シミュレーション」

構造物や機械の安全な運用のためには非破壊検査は重要であり、破壊力学の観点から金属材料中のき裂深さの正確な計測が望まれる。疲労き裂や応力腐食割れによる不連続界面は残留応力の影響によって閉じた状態となっている場合がある。

超音波を用いた非破壊検査（超音波法）では母材ときずの音響インピーダンス差によって発生する散乱波を計測する。そのため、通常の超音波法を閉じたき裂に対して用いた場合、入射超音波の大部分が透過し散乱波はほとんど発生しないためき裂の検出やサイズ計測が困難である。そこで、閉じたき裂の検出やサイズ計測のため、接触音響非線形性（CAN：Contact Acoustic Nonlinearity）を利用した非線形超音波法の開発がなされており、有効な検査手法となることが期待されている。

CANを用いた非線形超音波法では、大振幅の入射超音波を閉じたき裂に照射することでき裂面を振動させて開閉口や摩擦をともなう滑りを誘発させる。その結果発生する非線形超音波とよばれる波を受信・解析することで き裂の評価をおこなう。非線形超音波とは、入射超音波の周波数\(f\)の整数倍\(nf\)の周波数成分をもつ波（高調波）と整数分の一\(f/n\)の周波数成分をもつ波（分調波）からなる波である。

本稿では、著者らが実施してきた非定常解析と定常解析でのき裂による分調波発生現象の再現、およびその発生機構を調べた内容を解説する。数式の煩雑さを避けるため、数値シミュレーション手法の説明は最低限に留める。数値シミュレーション手法の詳細に興味がある読者は著者らの論文を参照されたい。

東京工業大学 環境・社会理工学院 准教授
丸山泰蔵