JPH02103430A - 超音波トモグラフィーを用いた試料の熱応力分布の評価方法および装置 - Google Patents
超音波トモグラフィーを用いた試料の熱応力分布の評価方法および装置Info
- Publication number
- JPH02103430A JPH02103430A JP63256481A JP25648188A JPH02103430A JP H02103430 A JPH02103430 A JP H02103430A JP 63256481 A JP63256481 A JP 63256481A JP 25648188 A JP25648188 A JP 25648188A JP H02103430 A JPH02103430 A JP H02103430A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temperature
- sample
- thermal stress
- ultrasonic waves
- determined
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 title claims abstract description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 33
- 238000003325 tomography Methods 0.000 title claims description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 13
- 238000002591 computed tomography Methods 0.000 claims description 12
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims description 9
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims description 4
- 230000035882 stress Effects 0.000 claims description 4
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 12
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 abstract description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 13
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 241001494479 Pecora Species 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000002247 constant time method Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 1
- 238000011158 quantitative evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
■目的
(イ) 本発明は非破壊的に試t1の内部の熱応力分布
を求める方法に関し、持にコンピュ−ター・トモグラフ
ィーを用いた熱応力分布のg優性に関する。
を求める方法に関し、持にコンピュ−ター・トモグラフ
ィーを用いた熱応力分布のg優性に関する。
(ロ) 従来の技術
宇宙往環機、核融合炉、断熱機関等の実現には耐熱材料
の開発が最も重要な課題である。開裂された材料が目的
とした機能を発揮するかどうかを評価するために、高温
の非均一温度場において生ずる熱応力の評価が必要であ
る。現時点における代表的な熱応力p5法として、熱光
弾性法や歪みゲージによる方法、最近開発されたスベイ
ト(SPATε)法やレーザー・スペックル法等がある
。熱光弾性法を除いた前述の手法は物体表面の+f4報
しか得ることができない、一方、熱光弾性法は物体内部
の情報が得られる代わりに、モデルの使用を前提として
いるために温度上限(約100℃)条件や相似則の成立
のための制約を受ける。それ故、物体内部の熱応力を満
足に評価できるこ方法は現在のところ無いに等しい。
の開発が最も重要な課題である。開裂された材料が目的
とした機能を発揮するかどうかを評価するために、高温
の非均一温度場において生ずる熱応力の評価が必要であ
る。現時点における代表的な熱応力p5法として、熱光
弾性法や歪みゲージによる方法、最近開発されたスベイ
ト(SPATε)法やレーザー・スペックル法等がある
。熱光弾性法を除いた前述の手法は物体表面の+f4報
しか得ることができない、一方、熱光弾性法は物体内部
の情報が得られる代わりに、モデルの使用を前提として
いるために温度上限(約100℃)条件や相似則の成立
のための制約を受ける。それ故、物体内部の熱応力を満
足に評価できるこ方法は現在のところ無いに等しい。
(ハ) 発明が解決しようとする課題
可能な限り付加温度が高いこと、モデルは使用しない等
の条件を備えた新しい試料内部の熱応力の評価法の開発
が急務である。このため、昭和62年度から開始された
f4学技術庁tlig!4調整費研究「熱応力緩和のた
めの傾斜機能材料開発の基盤技術に関する研究」におい
て、傾斜機能型の非均質材料に対する新しい熱応力の評
価法の開発研究課題、「局所熱応力の定量的評価技術に
関する研究」が盛り込まれた。新しく開発した手法は、
非破壊検査の代表的な手法である超音波とコンピュータ
ー・トモグラフィー(CT)を併用して均質、非均質試
料の局所的な内部の熱応力分布の評価法を提供すること
を目的とする。超音波の発生方法としてレーザーパルス
を固体表面に照射し、熱弾性効果によって超音波を生じ
させるレーザー超音波を採用する。
の条件を備えた新しい試料内部の熱応力の評価法の開発
が急務である。このため、昭和62年度から開始された
f4学技術庁tlig!4調整費研究「熱応力緩和のた
めの傾斜機能材料開発の基盤技術に関する研究」におい
て、傾斜機能型の非均質材料に対する新しい熱応力の評
価法の開発研究課題、「局所熱応力の定量的評価技術に
関する研究」が盛り込まれた。新しく開発した手法は、
非破壊検査の代表的な手法である超音波とコンピュータ
ー・トモグラフィー(CT)を併用して均質、非均質試
料の局所的な内部の熱応力分布の評価法を提供すること
を目的とする。超音波の発生方法としてレーザーパルス
を固体表面に照射し、熱弾性効果によって超音波を生じ
させるレーザー超音波を採用する。
■発明の構成
(イ) 解決するための手段
この目的のために1本発明は次のような構成であること
を特徴とする。
を特徴とする。
(イ)−1非均一な温度場にある均質体の試料を複数の
領域に区分したモデルを想定し、試料の表面上の一点か
ら指向性の広い超音波3発生させ、前記試料を透過した
超音波を、区分した各領域を少なくとも一本の超音波の
伝t」経路が清明るように試料表面の複数の点で受信し
、各受信点に至るまでの超音波の透過時間を測定し、前
記モデルの各領域を透過した超音波の伝1′m速度を求
め(コンピューター・トモグラフィーの方法)、伝播速
度と温度との関係から前記各領域の温度を求め、このデ
ータと熱弾性方程式より計xbiによって熱応力分布な
求めるような構成であることを特徴とする。
領域に区分したモデルを想定し、試料の表面上の一点か
ら指向性の広い超音波3発生させ、前記試料を透過した
超音波を、区分した各領域を少なくとも一本の超音波の
伝t」経路が清明るように試料表面の複数の点で受信し
、各受信点に至るまでの超音波の透過時間を測定し、前
記モデルの各領域を透過した超音波の伝1′m速度を求
め(コンピューター・トモグラフィーの方法)、伝播速
度と温度との関係から前記各領域の温度を求め、このデ
ータと熱弾性方程式より計xbiによって熱応力分布な
求めるような構成であることを特徴とする。
(イ)−2非均質な組成の試料を複数の領域に区分した
モデルを想定し、室温状態にて試料の表面上の一点から
指向性の広い超音波を発生させ、前記試料と透過した超
音波を、区分した各領域を少なくとも一本の超音波の伝
播経路が横切るように試料表面の複数の点で受信し、各
受信点に至るまでの超音波の透過時間を測定し、前記モ
デルの各領域を透過した超音波の伝1i![度を求め(
コンピューター トモグラフィーの方法)、その速度か
ら前記各領域の組成を求める0次に、前記試料を非均一
な温度場に置いて、前述の組成を求めたのと同様な手順
で各領域の超音波の伝l+II速度を求める。別途求め
ておいた各組成での温度と超音波の伝播速度との関係よ
り温度を求める。
モデルを想定し、室温状態にて試料の表面上の一点から
指向性の広い超音波を発生させ、前記試料と透過した超
音波を、区分した各領域を少なくとも一本の超音波の伝
播経路が横切るように試料表面の複数の点で受信し、各
受信点に至るまでの超音波の透過時間を測定し、前記モ
デルの各領域を透過した超音波の伝1i![度を求め(
コンピューター トモグラフィーの方法)、その速度か
ら前記各領域の組成を求める0次に、前記試料を非均一
な温度場に置いて、前述の組成を求めたのと同様な手順
で各領域の超音波の伝l+II速度を求める。別途求め
ておいた各組成での温度と超音波の伝播速度との関係よ
り温度を求める。
このデータト熱弾性方程式から計算機を用いて熱応力分
布を求めるような構成であることと特徴とする。
布を求めるような構成であることと特徴とする。
(ロ)作用
本発明は固体中を伝播する超音波の伝播速度が材料の物
性g1(ヤング率。
性g1(ヤング率。
密度、ポアソン比)に依存し、さらにこれらの物性値が
温度によって変化する現象を利用するものである。
温度によって変化する現象を利用するものである。
均質体の場合に対して図−2に示すように、温度勾配下
の試料の超音波の透過時間を計測する。(ロ)−2に後
述するようにCT(コンピューター・トモグラフィ)の
手法を利用して計算機により温度分布をt11築する0
次に、得られた温度分布のデータから(ロ)−3で述べ
るように熱弾性方程式と用いて計X礪により熱応力分布
を評価する。
の試料の超音波の透過時間を計測する。(ロ)−2に後
述するようにCT(コンピューター・トモグラフィ)の
手法を利用して計算機により温度分布をt11築する0
次に、得られた温度分布のデータから(ロ)−3で述べ
るように熱弾性方程式と用いて計X礪により熱応力分布
を評価する。
非均質体の場合に対して図−3に示すように、後述の(
ロ)−1のごとく室温状9の試料に対して超音波の透過
時間計測とCT(コンピューター トモグラフィー)の
手法と用いて超音波の伝播速度の分布を求め、試料の物
性(i!(ヤング率、密度、ポアソン比)と伝播速度と
の関係より試料の組成分布を構築する。一方、各々の組
成における超音波の伝播速度と温度との関係3予め求め
ておく6次に、試料に温度勾配を与えて(ロ)−2に述
べるごとく超音波の透過時間を計測し、CTの手法を利
用して超音波の伝播速度分布を計算し、別途求めておい
た温度〜伝播速度の関係より温度分布を求める11.&
に、(ロ)−3に後述するごとく熱弾性方程式から計算
機を用いて熱応力分布を求める。
ロ)−1のごとく室温状9の試料に対して超音波の透過
時間計測とCT(コンピューター トモグラフィー)の
手法と用いて超音波の伝播速度の分布を求め、試料の物
性(i!(ヤング率、密度、ポアソン比)と伝播速度と
の関係より試料の組成分布を構築する。一方、各々の組
成における超音波の伝播速度と温度との関係3予め求め
ておく6次に、試料に温度勾配を与えて(ロ)−2に述
べるごとく超音波の透過時間を計測し、CTの手法を利
用して超音波の伝播速度分布を計算し、別途求めておい
た温度〜伝播速度の関係より温度分布を求める11.&
に、(ロ)−3に後述するごとく熱弾性方程式から計算
機を用いて熱応力分布を求める。
(ロ)−Ljll成分布
弾性対中を伝播する超音波の縦波の速度■は、ヤング率
E、富度ρ、ボアV=f(E、ρ、ν)=r(組成の成
分) (4)と表せる。対象としている
材料に含まれる成分に対して関数fは一価関数と仮定す
る。
E、富度ρ、ボアV=f(E、ρ、ν)=r(組成の成
分) (4)と表せる。対象としている
材料に含まれる成分に対して関数fは一価関数と仮定す
る。
そこで区−2,3に示すように、与えられた幾何字形状
の物体に対して1局所的な超音波の透過時間を測定する
。超音波の伝播速度は式(4)のように試料のヤング率
:E、密度:ρ、ポアソン比ニジによって変化する。従
って、透過時間を測定すれば超音波の透過経路上の(E
、ρ、ν)なる量の積分値が得られることになる0、:
れよりCT(コンピューター・トモグラフィー)計算を
行うことで局所的な物性値(E、ρ、ν)が判り、最後
に試料の組成を同定することで組成分布を求める。
の物体に対して1局所的な超音波の透過時間を測定する
。超音波の伝播速度は式(4)のように試料のヤング率
:E、密度:ρ、ポアソン比ニジによって変化する。従
って、透過時間を測定すれば超音波の透過経路上の(E
、ρ、ν)なる量の積分値が得られることになる0、:
れよりCT(コンピューター・トモグラフィー)計算を
行うことで局所的な物性値(E、ρ、ν)が判り、最後
に試料の組成を同定することで組成分布を求める。
(ロ)−2温度分布
弾性体中を伝播する超音波のa波の速度はヤング$E、
密度ρ、ポアソン比νと用いて、無限体に対して Vl=E(T)[1−レ(T)]/l[l+ν(T)]
[1−2ν(T)]ρ(Tel (5)板の場
合。
密度ρ、ポアソン比νと用いて、無限体に対して Vl=E(T)[1−レ(T)]/l[l+ν(T)]
[1−2ν(T)]ρ(Tel (5)板の場
合。
V’=E(T)/[1−ν’(T)]ρ(Tel
46)棒に対して、 V’=E(T)/ρ(T)
<7)のように表せる。た
だし、Tは温度を示す、一般に、ある材料または組成(
Ei、ρiI/1)に対して、 V=fi(T)−4i(温度)
(8)と書ける。ここで、fiは一価関数であ
ると仮定する。
46)棒に対して、 V’=E(T)/ρ(T)
<7)のように表せる。た
だし、Tは温度を示す、一般に、ある材料または組成(
Ei、ρiI/1)に対して、 V=fi(T)−4i(温度)
(8)と書ける。ここで、fiは一価関数であ
ると仮定する。
一般の横遣朋材料の場合、区−4に示すようにE、ρ共
に温度と共に減少し、νは増加するのもあれば減少する
材料もある。従って、材料あるいは組成、すなわち物性
値(Ei、ρ1.νi)が与えられれば1図−5のよう
に温度〜伝播速度の関係が計測によって求まる。それ故
、各々の場所での組成、即ち(El、ρi5νi)が既
知であれば、その場所における伝播速度Vを求めること
で、図−5の関係より温度が評価できる。
に温度と共に減少し、νは増加するのもあれば減少する
材料もある。従って、材料あるいは組成、すなわち物性
値(Ei、ρ1.νi)が与えられれば1図−5のよう
に温度〜伝播速度の関係が計測によって求まる。それ故
、各々の場所での組成、即ち(El、ρi5νi)が既
知であれば、その場所における伝播速度Vを求めること
で、図−5の関係より温度が評価できる。
(ロ)−3熱応力分布の評価法
前節にて温度がわれば、式(9)で与えられる熱弾性方
程式を差分方程式に変換して計算機により応力を評価で
きる。
程式を差分方程式に変換して計算機により応力を評価で
きる。
(λ十μ)(θC/θx)+μV’u−(3λ+2μ)
a(θT/ax)=0(λ十μ)(θe/θy)+μ”
v−(3λ+2μ)a(aT/ay)=O(9)(λ+
μ)(θe/θz)+μV〜−(3λ+2μ)α(θT
/θz)=0ただし σxx−λe+2μ(θu/ a x) −(3λ+2
jJ)aTσyy冨λぐ+2μ(θV/θy) −(3
人+2μ)αTσzz=λe+2μ(am/θz) −
(3^+2μ)aTσxy=μ[(θU/δy)十(a
y/θX)]σyz!μ[(θV/θ2)+(θW/θ
y)]σzx−μ[(θU/δ2)+(θ智/aX)]
ただし、 u、V、@はx、y、z軸方向の変位、Cは
次式%式% にて与えられる量であり、λとμはLameの定数、α
は熱膨張係数である。
a(θT/ax)=0(λ十μ)(θe/θy)+μ”
v−(3λ+2μ)a(aT/ay)=O(9)(λ+
μ)(θe/θz)+μV〜−(3λ+2μ)α(θT
/θz)=0ただし σxx−λe+2μ(θu/ a x) −(3λ+2
jJ)aTσyy冨λぐ+2μ(θV/θy) −(3
人+2μ)αTσzz=λe+2μ(am/θz) −
(3^+2μ)aTσxy=μ[(θU/δy)十(a
y/θX)]σyz!μ[(θV/θ2)+(θW/θ
y)]σzx−μ[(θU/δ2)+(θ智/aX)]
ただし、 u、V、@はx、y、z軸方向の変位、Cは
次式%式% にて与えられる量であり、λとμはLameの定数、α
は熱膨張係数である。
(ハ) 実施例
超音波の弾性体を透過する時間より、内部の熱応力分布
を1築するアルゴリズムとその実施例について述べる。
を1築するアルゴリズムとその実施例について述べる。
(A) −次元物体
〈1)均質体
区−6に示すように等厚の無@板が板厚方向(X−軸)
のみ非均一な温度分布となっている場合を考える0図の
左端に微少スポット径を持つレーザー・パルスを照射す
ると照射部分より熱弾性効果によって超音波が発生する
。これ分右端のSIIなる場所でレシーバ−により受信
することで、経nL11に沿って超音波が伝播する時間
(TOF:Time of F light) r纏が
計測できる。一方、微少経路長さをdlとすれば、Lm
に沿うTOF・「−は次式にて与えられる。
のみ非均一な温度分布となっている場合を考える0図の
左端に微少スポット径を持つレーザー・パルスを照射す
ると照射部分より熱弾性効果によって超音波が発生する
。これ分右端のSIIなる場所でレシーバ−により受信
することで、経nL11に沿って超音波が伝播する時間
(TOF:Time of F light) r纏が
計測できる。一方、微少経路長さをdlとすれば、Lm
に沿うTOF・「−は次式にて与えられる。
次に、受信場所Ssが必ず異なる層に含まれるように板
厚をN個の層に分割し、各層内で温度が均一と仮定する
。すると、式(12)は次式のように書き改められる。
厚をN個の層に分割し、各層内で温度が均一と仮定する
。すると、式(12)は次式のように書き改められる。
=ま
ただし、iは層内の伝播速度の逆数、すなわちVi=L
/Vi、Δムiは伝播経路L++の内の1番目の層の伝
播経路長さであり、KはL−中に含まれる層の数である
1例えば、r5A−6の第一番目の層にレーザー ビー
ムを照射した場合、式(13)は次のように書ける。
/Vi、Δムiは伝播経路L++の内の1番目の層の伝
播経路長さであり、KはL−中に含まれる層の数である
1例えば、r5A−6の第一番目の層にレーザー ビー
ムを照射した場合、式(13)は次のように書ける。
層内の経路長差を表す係数行列は三角行列となる0式(
14)は簡羊に[/A]IVI−tlrl
(+5)のようになり、これ
をベクトル■について解けば+vl−[ム]−’ +
lr l (1
6)となって速度が求まる。速度から式(8)、図−5
の関係より温度分布が得られ、計算機を用いて式(9)
、(1o)、(11)より熱応力が求まる。
14)は簡羊に[/A]IVI−tlrl
(+5)のようになり、これ
をベクトル■について解けば+vl−[ム]−’ +
lr l (1
6)となって速度が求まる。速度から式(8)、図−5
の関係より温度分布が得られ、計算機を用いて式(9)
、(1o)、(11)より熱応力が求まる。
(■) 非均質体
前説と全く同様なステップにて熱応力分布が求められる
が、非均質体の場合に図−7のごとくN個の層に分割す
るが、各層内で物性値(ヤング+$:Ei、密度:ρ1
゜ポアソン比、νi)と温度は一定であると仮定する。
が、非均質体の場合に図−7のごとくN個の層に分割す
るが、各層内で物性値(ヤング+$:Ei、密度:ρ1
゜ポアソン比、νi)と温度は一定であると仮定する。
物性値の分布、すなわち組成分布を求めておき、均質体
と同じ手順にて超音波の伝播速度の分布を求める。伝播
速度が求まれば、図−5と式(8)の関係より温度分布
が得られ、M後に式(9)、(10)、(11)の関係
から熱応力分布が求まる。
と同じ手順にて超音波の伝播速度の分布を求める。伝播
速度が求まれば、図−5と式(8)の関係より温度分布
が得られ、M後に式(9)、(10)、(11)の関係
から熱応力分布が求まる。
(B) 二次元物体
二次元物体の場合に対しては、−次元物体の場自と直交
する軸方向に拡張して、前節と全く同一の手順を実施す
ればよい、ただし、−次元の場合には層状に分割したが
、二次元の場合にはビクセル(v&少格子)となり、各
とクセル内で温度、あるいは物性値が一定の仮定に基づ
いたアルゴリズムとなる。
する軸方向に拡張して、前節と全く同一の手順を実施す
ればよい、ただし、−次元の場合には層状に分割したが
、二次元の場合にはビクセル(v&少格子)となり、各
とクセル内で温度、あるいは物性値が一定の仮定に基づ
いたアルゴリズムとなる。
(C) 軸対称円筒
温度分布が軸対称な場合について解説する。
(1) 均質体
図−8に示すような軸対称温度分布を有する円筒体を扱
う、伝播経路L=1に沿う超音波のTOFは ただし、rは半径、Nは経路の2E数である8図のごと
く円筒体をN個のリングに分割し、リング内で温度は一
定と仮定とする。すると、Lmに沿うTOFは次式のよ
うに書き改められる。
う、伝播経路L=1に沿う超音波のTOFは ただし、rは半径、Nは経路の2E数である8図のごと
く円筒体をN個のリングに分割し、リング内で温度は一
定と仮定とする。すると、Lmに沿うTOFは次式のよ
うに書き改められる。
=ま
ただし、Δム1は経路L++に含まれる外側から1w目
のリングの経路長である1図に示すようなレーザー ビ
ームの照射とレシーバ−の配列に対して、式(18)は
%式%(20) と表せ、式(20)を伝播速度ベクトル+Vlについて
解けば、−次元均質体の場合と全く同じ手順にて熱応力
を求めることができる。
のリングの経路長である1図に示すようなレーザー ビ
ームの照射とレシーバ−の配列に対して、式(18)は
%式%(20) と表せ、式(20)を伝播速度ベクトル+Vlについて
解けば、−次元均質体の場合と全く同じ手順にて熱応力
を求めることができる。
(n) 非均質体
軸対称な組成分布と温度分布を有するPJ4き3収り汲
う1図−9に示すようにN個の層に分割するが、各層内
で物性値(ヤング率:El、密度:ρi、ポアソン比ニ
ジ1)と温度は一定であると仮定するやまた、物性値は
予め既知であるとする。すると、均質体と同一の手順に
て伝播速度の分布が求まり、式〈8)と図−5の関係よ
り温度分布が得られ、最後に式(9)、(lO)、(1
1)から熱応力分布が求まる。
う1図−9に示すようにN個の層に分割するが、各層内
で物性値(ヤング率:El、密度:ρi、ポアソン比ニ
ジ1)と温度は一定であると仮定するやまた、物性値は
予め既知であるとする。すると、均質体と同一の手順に
て伝播速度の分布が求まり、式〈8)と図−5の関係よ
り温度分布が得られ、最後に式(9)、(lO)、(1
1)から熱応力分布が求まる。
(D) 非軸対称円筒
ここでは温度分布が非軸対称の場合を汲う。
(1) 均′I!を体
図−10のように、円FJ体をリングと放射状に分割す
る。半径方向にN分割くN個のリングに相当)、周方向
にM分割すれば、NXM個のビクセル(分割された微少
格子要素)にて円筒体は構成されることになる。各ビク
セル内で1度は一定と仮定する。すると、NXMIII
のレシーバ−を、少なくとら一本の超音波の経路が各ビ
クセルを横切るように円筒の外表面上に配ヱすることに
より、これまでの手1頃と同じようにだ応力分布を求め
ることができる。
る。半径方向にN分割くN個のリングに相当)、周方向
にM分割すれば、NXM個のビクセル(分割された微少
格子要素)にて円筒体は構成されることになる。各ビク
セル内で1度は一定と仮定する。すると、NXMIII
のレシーバ−を、少なくとら一本の超音波の経路が各ビ
クセルを横切るように円筒の外表面上に配ヱすることに
より、これまでの手1頃と同じようにだ応力分布を求め
ることができる。
(■) 非均質1本
図−11のように円筒体をNXM個のビクセルに分割す
る。各ビクセル内で温度と物性1ii!(Ei、ρi、
シi)は一定と仮定する。さらに、物性値は既知とする
。すると、前節の均質体と同様な手順にて各ビクセル内
の伝播速度が求まり、式(8)と図−5の関係から温度
が得られる。fk後に、熱弾性方程式に基づき熱応力が
もとまる。
る。各ビクセル内で温度と物性1ii!(Ei、ρi、
シi)は一定と仮定する。さらに、物性値は既知とする
。すると、前節の均質体と同様な手順にて各ビクセル内
の伝播速度が求まり、式(8)と図−5の関係から温度
が得られる。fk後に、熱弾性方程式に基づき熱応力が
もとまる。
■ 発明の効果
窩温にさらされる物本内部の応力の情報を得られるので
、耐熱材料の評価や、熱応力による破壊の評価、核融合
炉や熱機関等の安全性評価に有効である。
、耐熱材料の評価や、熱応力による破壊の評価、核融合
炉や熱機関等の安全性評価に有効である。
11W−1は本発明の評価装置の!l!1要である。
図−2は本発明の均質材に対する温度 熱応力の評価方
法のフローである。 図−3は本発明の非均質材に対する温度 熱応力の評価
方法のフローである。 図−4は本発明において用いる試料の物性値と温度との
関係である。 11Z−5は本発明において用いる超音波の伝播速度と
温度との関係である。 図−6は本発明において用いる一次元均質体のモデルで
ある。 ci!−7は本発明において用いる一次元非均質体のモ
デルである。 図−8は本発明において用いる軸対称温度分布の均質体
モデルである。 図−9は本発明において用いる軸対称温度分布の非均質
体モデルである。 図−10は本発明において用いる非軸対称温度分布の均
質体モデルである。 図−11は本発明において用いる非軸対称温度分布の非
均質体モデルである。 図面の浄書(内容に変更なし) 図面の浄N(内容に変更なし) 図面の浄書(内容に変更なし) 手続補正書(方式) 事件の表示 昭和63年特許願第2 1、 発明の名称 超音波トモグラフィーを用いた試料の熱応力分布の評価
方法および装置 補正をする者 事件との関係 住所
法のフローである。 図−3は本発明の非均質材に対する温度 熱応力の評価
方法のフローである。 図−4は本発明において用いる試料の物性値と温度との
関係である。 11Z−5は本発明において用いる超音波の伝播速度と
温度との関係である。 図−6は本発明において用いる一次元均質体のモデルで
ある。 ci!−7は本発明において用いる一次元非均質体のモ
デルである。 図−8は本発明において用いる軸対称温度分布の均質体
モデルである。 図−9は本発明において用いる軸対称温度分布の非均質
体モデルである。 図−10は本発明において用いる非軸対称温度分布の均
質体モデルである。 図−11は本発明において用いる非軸対称温度分布の非
均質体モデルである。 図面の浄書(内容に変更なし) 図面の浄N(内容に変更なし) 図面の浄書(内容に変更なし) 手続補正書(方式) 事件の表示 昭和63年特許願第2 1、 発明の名称 超音波トモグラフィーを用いた試料の熱応力分布の評価
方法および装置 補正をする者 事件との関係 住所
Claims (3)
- (1) (イ)非均一な温度場にある均質体の試料を複数の領域
に区分したモデルを想定し、試料の表面上の一点から指
向性の広い超音波を発生させ、前記試料を透過した超音
波を、区分した各領域を少なくとも一本の超音波の伝播
経路が横切るように試料表面の複数の点で受信し、各受
信点に至るまでの超音波の透過時間を測定し、前記モデ
ルの各領域を透過した超音波の伝播速度を求め(コンピ
ューター・トモグラフィーの方法)、伝播速度と温度の
関係から前記各領域の温度を求め、このデータと熱弾性
方程式より計算機によって熱応力分布を求めることから
なる、均質の試料内部の熱応力分布の評価法。 (ロ)非均質な組成の試料を複数の領域に区分したモデ
ルを想定し、室温状態にて試料の表面上の一点から指向
性の広い超音波を発生させ、前記試料を透過した超音波
を、区分した各領域を少なくとも一本の超音波の伝播経
路が横切るように試料表面の複数の点で受信し、各受信
点に至るまでの超音波透過時間を測定し、前記モデルの
各領域を透過した超音波の伝播速度を求め(コンピュー
ター・トモグラフィーの方法)、その速度から前記各領
域の組成を求めるる。次に、前記試料を非均一な温度場
に置いて、前述の組成を求めたのと同様な手順で各区分
領域の超音波の伝播速度を求める。別途求めて置いた各
組成での温度と超音波の伝播速度との関係より温度を求
める、このデータと熱弾性方程式から計算機を用いて熱
応力分布を求めることからなる、非均質の試料の熱応力
分布の評価法。 - (2)前記超音波をレーザー光の照射によって発生させ
ることを特徴とする。 請求項(1)記載の熱応力分布の評価法。 - (3)請求項(1)、(2)を実施するための装置とし
て、図−1に示すようなレーザー発振機と複数個の超音
波受信器(レシーバー)、及び超音波の透過時間測定装
置(プリアンプ、ハイパス・フィルター、トランジェン
トレコーダー、デイジタイジング・オシロスコープ、石
英バファー・ロッド等)、並びに内部の組成、及び熱応
力を計算する(トモグラフィー)計算機と試料を加熱す
る炉より構成するものとする。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63256481A JPH02103430A (ja) | 1988-10-13 | 1988-10-13 | 超音波トモグラフィーを用いた試料の熱応力分布の評価方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63256481A JPH02103430A (ja) | 1988-10-13 | 1988-10-13 | 超音波トモグラフィーを用いた試料の熱応力分布の評価方法および装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02103430A true JPH02103430A (ja) | 1990-04-16 |
Family
ID=17293238
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63256481A Pending JPH02103430A (ja) | 1988-10-13 | 1988-10-13 | 超音波トモグラフィーを用いた試料の熱応力分布の評価方法および装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02103430A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007293182A (ja) * | 2006-04-27 | 2007-11-08 | Ricoh Co Ltd | 光走査装置、光書込み装置および画像形成装置 |
JP2016513264A (ja) * | 2013-02-28 | 2016-05-12 | アレヴァ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングAreva GmbH | 時間的に変化する熱機械応力および/または応力勾配を金属物体の壁厚越しに検出する方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59162430A (ja) * | 1983-03-07 | 1984-09-13 | Mitsubishi Electric Corp | 超音波による空間温度分布の測定方法およびその表示装置 |
JPS62170830A (ja) * | 1986-01-24 | 1987-07-27 | Hitachi Ltd | 応力分布測定装置 |
-
1988
- 1988-10-13 JP JP63256481A patent/JPH02103430A/ja active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59162430A (ja) * | 1983-03-07 | 1984-09-13 | Mitsubishi Electric Corp | 超音波による空間温度分布の測定方法およびその表示装置 |
JPS62170830A (ja) * | 1986-01-24 | 1987-07-27 | Hitachi Ltd | 応力分布測定装置 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007293182A (ja) * | 2006-04-27 | 2007-11-08 | Ricoh Co Ltd | 光走査装置、光書込み装置および画像形成装置 |
JP2016513264A (ja) * | 2013-02-28 | 2016-05-12 | アレヴァ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングAreva GmbH | 時間的に変化する熱機械応力および/または応力勾配を金属物体の壁厚越しに検出する方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Modiriasari et al. | Active seismic monitoring of crack initiation, propagation, and coalescence in rock | |
Scott et al. | A review of non-destructive testing of composite materials | |
Prosser | Advanced AE techniques in composite materials research | |
Zhang et al. | Helical comb magnetostrictive patch transducers for inspecting spiral welded pipes using flexural guided waves | |
Paterson et al. | Elastic constant determination of unidirectional composite via ultrasonic bulk wave through transmission measurements: A review | |
He et al. | Research on pipeline damage imaging technology based on ultrasonic guided waves | |
Every | Determination of the elastic constants of anisotropic solids | |
JPH02103430A (ja) | 超音波トモグラフィーを用いた試料の熱応力分布の評価方法および装置 | |
Salim | Visualization and modal analysis of guided | |
Shimizu et al. | Pulse compression of guided wave by airborne ultrasound excitation for improving defect detection accuracy in concrete | |
Prosser | Waveform analysis of AE in composites | |
Abderahmane et al. | Stress imaging by guided wave tomography based on analytical acoustoelastic model | |
Clifton et al. | Nondestructive evaluation methods for quality acceptance of installed building materials | |
Barshinger | Guided wave propagation in pipes with viscoelastic coatings | |
Sendeckyj et al. | Comparison of holographic, radiographic, and ultrasonic techniques for damage detection in composite materials | |
Bar-Cohen et al. | NDE of composites using leaky lamb waves (LLW) | |
Gartsev | On the determination of nonlinear elastic constants for residual stress measurements using Rayleigh waves | |
Pagnotta | Probabilistic impact-echo method for nondestructive detection of defects around steel reinforcing bars in reinforced concrete | |
Murat et al. | Characterization of impact damage in composite plates | |
Kairu et al. | Sleeved waveguide ultrasonic sensor for monitoring concrete health | |
Zhang et al. | Magnetostrictive helical array transducer for inspecting spiral welded pipes using flexural guided waves | |
Suraya Murat et al. | Characterization of Impact Damage in Composite Plates. | |
JPH0280951A (ja) | 超音波トモグラフィーを用いた試料の組成分布の評価方法および装置 | |
Hislop | Effective probe operating frequency | |
Dutton et al. | Graphite anisotropy measurements using laser-generated ultrasound |