JP7407108B2 - 衝撃励起手法を実行するための装置および方法 - Google Patents
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Description
本発明は、衝撃励起手法の分野に関し、特に対象材料の弾性特性および内部摩擦を求めることに関する。
インパルス励起手法は、専用のツールまたは発射物を用いて対象材料のサンプルに衝撃を与え、結果として生じる振動を、圧電センサ、マイクロフォン、レーザ振動計または加速度計などのセンサを用いて、取得時に分析することによって、サンプルの特定の物理的特性を求めるために使用されている。振動信号は、フーリエ変換によって周波数領域に変換されて共振周波数を特定し、これにより、サンプルの形状とともに材料の弾性特性を計算することができる。この手法は、一般に非破壊的であり、室温または異なる選択された(典型的には、高い)試験温度で適用され得る。
本発明の一局面に従って、固体材料サンプルの機械的振動応答を分析するための装置が提供され、上記装置は、上記固体材料サンプルの表面上のそれぞれの良定義された(well-defined)点に対して衝撃を与えるように線上に配置されたインパクタのアレイと、上記線に対して実質的に垂直な方向への上記固体材料サンプルと上記インパクタのアレイとの相対的移動を生じさせるための手段とを備え、またはグリッド内に配置されたインパクタのアレイを備え、上記装置はさらに、上記インパクタのアレイの各衝撃に続いて、上記機械的振動応答を時間変化信号として取り込むように構成されたセンサと、上記時間変化信号を分析して、上記時間変化信号を構成しているシヌソイドの周波数および減衰定数を求めるように構成された処理手段とを備える。
既知の衝撃励起手法(IET)手順では、被試験サンプルは、衝撃を与えられたときに実質的に妨げられずに振動することができるように位置決めされる。これは、サンプルを軽量発泡体の上に設置するか、または励起される振動モードがゼロである(波節)状態で適切に設置される線形支持体(たとえば、ワイヤまたは細い棒)の上にサンプルを載せることによって達成される。励起は、波腹、すなわち引き起こされる動きの局所振幅が対象のモードで最大である点、においてサンプルに衝撃を与えることによって行われる。
上記固体材料サンプルの表面上の複数の良定義された点に対して衝撃を与えるステップ1010と、
このような与えられる衝撃の各々を上記与えるステップに続いて、機械的振動応答を時間変化信号として取り込むステップ1020と、
上記時間変化信号を分析して、上記時間変化信号を構成しているシヌソイドの周波数および減衰定数を求めるステップ1030とを備える。
Claims (17)
- 固体材料サンプル(99)の機械的振動応答を分析するための装置(100)であって、
励起される振動モードの波節において前記固体材料サンプルを支持するように構成された線形の支持体(199)と、
前記固体材料サンプル(99)の表面上のそれぞれの定義された点に対して衝撃を与えるように線上に配置されたインパクタ(110)のアレイと、前記線に対して実質的に垂直な方向への前記固体材料サンプルと前記インパクタのアレイとの相対的移動を生じさせるための手段とを備え、またはグリッド内に配置されたインパクタのアレイを備え、前記装置(100)はさらに、
前記インパクタ(110)のアレイの各衝撃に続いて、前記機械的振動応答を時間変化信号として取り込むように構成されたセンサ(120)と、
前記時間変化信号を分析して、前記時間変化信号を構成しているシヌソイドの周波数および減衰定数を求めるように構成された処理手段(130)とを備え、
前記装置(100)は、前記サンプルに対して相対的に前記線を移動させる前に前記線に沿って連続的に、または前記グリッドに沿って連続的に、前記インパクタ(110)のうちの全てのインパクタ(110)または選択されたインパクタ(110)を作動させるように構成され、
前記センサ(120)は、前記センサによって前記固体材料サンプルに加えられる力を測定するための手段を備えたプローブ内に含まれた圧電センサである、装置(100)。 - 前記処理手段(130)は、前記求められた周波数および減衰定数に基づいて前記固体材料サンプル(99)における材料欠陥を検出するようにさらに構成される、請求項1に記載の装置(100)。
- 前記固体材料サンプルと前記インパクタのアレイとの2つの軸に沿った相対的移動を生じさせるようにさらに構成される、請求項1または2に記載の装置(100)。
- 温度センサ、前記固体材料サンプルの形状特性を求めるための手段、およびはかりのうちの1つ以上をさらに備える、請求項1~3のいずれか1項に記載の装置(100)。
- 前記センサ(120)は、前記センサ(120)によって前記機械的振動応答が取り込まれるスポットを照射するための手段を備える、請求項1~4のいずれか1項に記載の装置(100)。
- 前記処理手段(130)は、一般的なフィルタ対角化法を適用することによって高調波逆問題を解くように構成される、請求項1~5のいずれか1項に記載の装置(100)。
- 固体材料サンプルを特徴付ける方法であって、
励起される振動モードの波節と一致する線形の支持体の上に前記固体材料サンプルを設置するステップと、
線上に配置されたインパクタ(110)のアレイを使用して前記固体材料サンプルの表面上の複数の定義された点に対して衝撃を与え、前記線に対して実質的に垂直な方向へ前記インパクタのアレイに対して相対的に前記固体材料サンプルを移動させるステップ、またはグリッド内に配置されたインパクタ(110)のアレイを使用して前記固体材料サンプルの表面上の複数の良定義された点に対して衝撃を与えるステップ(1010)と、
このような与えられる衝撃の各々を前記与えるステップに続いて、センサ(120)によって機械的振動応答を時間変化信号として取り込むステップ(1020)であって、前記センサ(120)は、前記センサによって前記固体材料サンプルに加えられる力を測定するための手段を備えたプローブ内に含まれた圧電センサである、機械的振動応答を時間変化信号として取り込むステップと、
前記時間変化信号を分析して、前記時間変化信号を構成しているシヌソイドの周波数および減衰定数を求めるステップ(1030)とを備え、
前記インパクタ(110)のうちの全てのインパクタ(110)または選択されたインパクタ(110)は、前記サンプルに対して相対的に前記線を移動させる前に前記線に沿って連続的に作動され、または前記グリッドに沿って連続的に作動される、方法。 - 前記求められた周波数および減衰定数に基づいて前記固体材料サンプル(99)における材料欠陥を検出するステップをさらに備える、請求項7に記載の方法。
- 前記インパクタのアレイに対して相対的に前記固体材料サンプルを2つの軸に沿って移動させるステップをさらに備える、請求項7または8に記載の方法。
- さまざまな衝撃位置について得られた前記周波数および減衰定数に基づいて欠陥の位置を推定するステップをさらに備える、請求項7~9のいずれか1項に記載の方法。
- 前記分析するステップは、前記周波数から動的ヤング率(E)を求めるステップをさらに備える、請求項7~10のいずれか1項に記載の方法。
- 前記分析するステップは、前記周波数からせん断弾性率(G)を求めるステップをさらに備える、請求項7~11のいずれか1項に記載の方法。
- 前記分析するステップは、前記減衰定数と基準値とを比較するステップをさらに備える、請求項7~12のいずれか1項に記載の方法。
- 製造品の品質を管理する方法であって、
前記製造品の少なくとも一部を前記固体材料サンプルとしてみなして、請求項13に記載の方法を使用するステップ(1010~1030)と、
前記減衰定数が前記基準値の予め定められたマージンの範囲内であれば、「合格」条件を送信するステップ(1040/YES)と、
前記減衰定数が前記基準値の前記予め定められたマージンの範囲外であれば、「不合格」条件を宣言するステップ(1040/NO)とを備える、方法。 - 前記分析するステップは、一般的なフィルタ対角化法を適用することによって高調波逆問題を解くステップを備える、請求項7~14のいずれか1項に記載の方法。
- プロセッサに請求項7~15のいずれか1項に記載の方法の計算ステップを実行させるように構成されたコード手段を備える、コンピュータプログラム製品。
- 前記コード手段は、Harminvプログラムを備える、請求項16に記載のコンピュータプログラム製品。
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