平鋼板および曲鋼板の超音波伝播特性
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カテゴリ: 第7回
1. 緒言
本研究は,実規模のモックアップを用いた実験検証 が困難な、大型構造物の超音波探傷試験システムの開 発仕様を,弾性波伝播解析により検討,選定すること を目的としている.そのためには,実験で得られる超 音波受信信号強度を弾性波伝播有限要素解析によって 定量的に再現することが必要である. 既報[1][2]において,平鋼板上の超音波伝播強度分布において,その超 音波探傷器の受信信号強度を再現する弾性波伝播有限 要素解析による弾性波強度の計算値を求めた.本報で は,さらに現実的な大型構造物の形状の一つである, 曲率鋼板における超音波伝播特性をその強度分布によ り実験的に計測し,平鋼板と比較評価した結果を述べ る.
2. 実験装置2.1 試験体平鋼板の弾性波伝播の実験に用いた試験体を Fig.1 に示す. 試験体は,厚さ 38mm,長さ 2.0m,幅 1.0m の 炭素鋼板である.曲率鋼板の弾性波伝播の実験に用いた試験体を Fig.2 に示す.試験体は,厚さ6mm,直径 2000mm,曲 率半径2000mmおよび200mmの曲率部からなる炭素鋼 板である。2000]
Fig.2 A spherical plate2.1 試験体平鋼板の弾性波伝播の実験に用いた試験体を に示す. 試験体は,厚さ 38mm,長さ 2.0m,幅1. 炭素鋼板である。 曲率鋼板の弾性波伝播の実験に用いた試験体を 9.2 に示す.試験体は,厚さ6mm,直径 2000mm, 曲 Fig.2 に示す.試験体は,厚さ 6mm,直径 2000mm,曲 率半径2000mmおよび200mm の曲率部からなる炭素鋼 - 41 -2.2 超音波探触子Tab.1 に測定に使用した探触子の仕様を示す. 平鋼板 試験体の測定には,周波数 0.3MHz, 振動子の幅が 40mm の SH 波探触子(Probe-F)を使用した. 曲率鋼板試験体の 測定には,周波数 1MHz,振動子幅 4mm の SH 波探触 子(Probe-S)を使用した.図3に外観写真を示す.Tab.1 Specification of transducersProbe-F | Probe-SModeSH*SH*Refraction angle90deg.90deg.Frequency0.3MHzIMHzElement size (mm)(width X depth)40×404×4*: Shear horizontal wave(1) Probe-F (2) Probe-SFig.3 View of Transducers2.3 実験方法図4に平鋼板試験体の超音波伝播強度の測定実験方 法を,図5に曲率鋼板試験体平鋼板試験体の超音波伝 播強度の測定実験方法を示す.それぞれの試験体の端面近傍に送信用探触子を配置 し, 超音波入射方向およびこれと垂直方向に 100mm 毎 の格子状の位置を測定点として受信用探触子を配置し, その位置での送信探触子からの超音波受信波を測定, 記録した.超音波探傷装置には,菱電湘南エレクトロ ニクス製デジタル超音波探傷器 UI-25 を使用した. Fig.6 に曲率鋼板試験体による試験状況を示す.
炭素鋼験体 Fig. 4 Measurement of ultrasonic wave on the flat plate
Fig.6 Experiment with the spherical plate1900/02/103.実験結果- Fig.7 に平鋼板試験体の, Fig.8 に曲率鋼板試験体の, 送信探触子からの距離と受信信号強度の関係を示す. 受信強度は,受信信号を超音波探傷器の画面縦軸の 80%高さに調整したときの探傷器増幅度により算出し, 入射位置における強度により規格化したものである.y=0 の探触子中心線上の測定点では, x 距離が大きく なると,y 方向への超音波の拡散によって受信信号強 度が低下する.y=100,200 の測定点では, y方向への超 音波の拡散に伴い, x 距離が大きくなると,測定点は 超音波の拡散したビームの領域に含まれることによっ て,受信信号強度が増大する.曲率鋼板試験体の実験 において, y=200 の測定点では SN 比が低下し,適切 な強度評価は困難であった.
Fig. 7 Measurements on the flat plate
Fig.8 Measurements on the spherical plate- -6dB 指向角は,次式によって表される[3].＝=25(度)
“ “平鋼板および曲鋼板の超音波伝播特性“ “石田 仁志,Hitoshi ISHIDA
本研究は,実規模のモックアップを用いた実験検証 が困難な、大型構造物の超音波探傷試験システムの開 発仕様を,弾性波伝播解析により検討,選定すること を目的としている.そのためには,実験で得られる超 音波受信信号強度を弾性波伝播有限要素解析によって 定量的に再現することが必要である. 既報[1][2]において,平鋼板上の超音波伝播強度分布において,その超 音波探傷器の受信信号強度を再現する弾性波伝播有限 要素解析による弾性波強度の計算値を求めた.本報で は,さらに現実的な大型構造物の形状の一つである, 曲率鋼板における超音波伝播特性をその強度分布によ り実験的に計測し,平鋼板と比較評価した結果を述べ る.
2. 実験装置2.1 試験体平鋼板の弾性波伝播の実験に用いた試験体を Fig.1 に示す. 試験体は,厚さ 38mm,長さ 2.0m,幅 1.0m の 炭素鋼板である.曲率鋼板の弾性波伝播の実験に用いた試験体を Fig.2 に示す.試験体は,厚さ6mm,直径 2000mm,曲 率半径2000mmおよび200mmの曲率部からなる炭素鋼 板である。2000]
Fig.2 A spherical plate2.1 試験体平鋼板の弾性波伝播の実験に用いた試験体を に示す. 試験体は,厚さ 38mm,長さ 2.0m,幅1. 炭素鋼板である。 曲率鋼板の弾性波伝播の実験に用いた試験体を 9.2 に示す.試験体は,厚さ6mm,直径 2000mm, 曲 Fig.2 に示す.試験体は,厚さ 6mm,直径 2000mm,曲 率半径2000mmおよび200mm の曲率部からなる炭素鋼 - 41 -2.2 超音波探触子Tab.1 に測定に使用した探触子の仕様を示す. 平鋼板 試験体の測定には,周波数 0.3MHz, 振動子の幅が 40mm の SH 波探触子(Probe-F)を使用した. 曲率鋼板試験体の 測定には,周波数 1MHz,振動子幅 4mm の SH 波探触 子(Probe-S)を使用した.図3に外観写真を示す.Tab.1 Specification of transducersProbe-F | Probe-SModeSH*SH*Refraction angle90deg.90deg.Frequency0.3MHzIMHzElement size (mm)(width X depth)40×404×4*: Shear horizontal wave(1) Probe-F (2) Probe-SFig.3 View of Transducers2.3 実験方法図4に平鋼板試験体の超音波伝播強度の測定実験方 法を,図5に曲率鋼板試験体平鋼板試験体の超音波伝 播強度の測定実験方法を示す.それぞれの試験体の端面近傍に送信用探触子を配置 し, 超音波入射方向およびこれと垂直方向に 100mm 毎 の格子状の位置を測定点として受信用探触子を配置し, その位置での送信探触子からの超音波受信波を測定, 記録した.超音波探傷装置には,菱電湘南エレクトロ ニクス製デジタル超音波探傷器 UI-25 を使用した. Fig.6 に曲率鋼板試験体による試験状況を示す.
炭素鋼験体 Fig. 4 Measurement of ultrasonic wave on the flat plate
Fig.6 Experiment with the spherical plate1900/02/103.実験結果- Fig.7 に平鋼板試験体の, Fig.8 に曲率鋼板試験体の, 送信探触子からの距離と受信信号強度の関係を示す. 受信強度は,受信信号を超音波探傷器の画面縦軸の 80%高さに調整したときの探傷器増幅度により算出し, 入射位置における強度により規格化したものである.y=0 の探触子中心線上の測定点では, x 距離が大きく なると,y 方向への超音波の拡散によって受信信号強 度が低下する.y=100,200 の測定点では, y方向への超 音波の拡散に伴い, x 距離が大きくなると,測定点は 超音波の拡散したビームの領域に含まれることによっ て,受信信号強度が増大する.曲率鋼板試験体の実験 において, y=200 の測定点では SN 比が低下し,適切 な強度評価は困難であった.
Fig. 7 Measurements on the flat plate
Fig.8 Measurements on the spherical plate- -6dB 指向角は,次式によって表される[3].＝=25(度)
“ “平鋼板および曲鋼板の超音波伝播特性“ “石田 仁志,Hitoshi ISHIDA