(57)【要約】      （修正有）【課題】複合積層板などの板の面内弾性特性を決定する装置を提供する。【解決手段】エネルギーソース１１０は、複数の面内方向に沿って積層体１０２を通って伝播する複数の音波を同時に発生するように構成される。トランスデューサ１０６は、互いに間隔を空けて、面内方向それぞれに沿ってエネルギーソース１１０から１つまたは複数の既知の距離に位置付け可能とすることができる。トランスデューサ１０６は、面内方向それぞれに沿って積層体１０２を通って伝播する音波を検出するように構成される。処理デバイスは、トランスデューサ１０６に結合され、トランスデューサ１０６によって検出された音波の速度の関数として積層体１０２の複数の弾性定数を同時に計算するように構成されうる。また、処理デバイスは、既知の距離（複数可）およびトランスデューサ１０６への音波の到達時間の関数として速度を計算するように構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の面内方向に沿って積層体（１０２）を通って伝播する複数の音波を同時に発生するように構成された波発生器（１０４）と、
互いに間隔を空けて、面内方向それぞれに沿って前記波発生器（１０４）から１つまたは複数の既知の距離に位置付け可能な複数のトランスデューサ（１０６）であって、前記面内方向それぞれに沿って前記積層体（１０２）を通って伝播する音波を検出するように構成された、トランスデューサ（１０６）と、
前記トランスデューサ（１０６）に結合され、前記トランスデューサ（１０６）によって検出された前記音波の速度の関数として前記積層体（１０２）の複数の弾性定数を同時に計算するように構成された処理デバイス（１１２）であって、前記１つまたは複数の既知の距離および前記トランスデューサ（１０６）への前記音波の到達時間の関数として、前記速度を計算するように構成された、処理デバイス（１１２）と
を備える、装置（１００）。
【請求項２】
前記波発生器（１０４）が、パルスをターゲットに向けるように構成されたエネルギーソース（１１０）によって超音波を発生するように誘導可能な前記ターゲットを備える、請求項１に記載の装置（１００）。
【請求項３】
前記トランスデューサ（１０６）が、０°、４５°および９０°の面内方向のそれぞれに沿って位置付け可能である、請求項１に記載の装置（１００）。
【請求項４】
支持アーム（１０８）をさらに備え、前記トランスデューサ（１０６）が、互いに間隔を空けて前記支持アーム（１０８）に付着され、前記支持アーム（１０８）が、位置付け可能であり、それによって０°、４５°および９０°の面内方向のそれぞれに沿って前記トランスデューサ（１０６）が位置付けされる、請求項３に記載の装置（１００）。
【請求項５】
前記面内方向が、直交する第１および第２の面内方向を含み、
前記複数の弾性定数を同時に計算するように構成された前記処理デバイス（１１２）が、前記直交する第１および第２の面内方向でのヤング率、ポアソン比およびせん断弾性率を計算するように構成されることを含む、請求項１に記載の装置（１００）。
【請求項６】
前記トランスデューサ（１０６）が、０°、４５°および９０°の面内方向のそれぞれに沿って位置付け可能であり、前記トランスデューサ（１０６）によって検出された前記音波の前記速度が、前記０°、４５°および９０°の面内方向での縦波速度および前記０°の面内方向での横波速度を含み、
前記処理デバイス（１１２）が、前記０°、４５°および９０°の面内方向での前記縦波速度、前記０°の面内方向での前記横波速度、および前記積層体（１０２）の既知の密度に基づいて、前記ヤング率、ポアソン比およびせん断弾性率を同時に計算するように構成された、請求項５に記載の装置（１００）。
【請求項７】
波発生器（１０４）によって、複数の面内方向に沿って積層体（１０２）を通って伝播する複数の音波を同時に発生することと、
複数のトランスデューサ（１０６）によって、前記積層体（１０２）を通って伝播する音波を検出することであって、前記トランスデューサ（１０６）が、互いに間隔を空けて、面内方向それぞれに沿って前記波発生器（１０４）から１つまたは複数の既知の距離に位置付けされ、前記トランスデューサ（１０６）が、面内方向それぞれに沿って前記積層体（１０２）を通って伝播する音波を検出するように構成された、検出することと、
前記トランスデューサ（１０６）によって検出された前記音波の速度の関数として前記積層体（１０２）の複数の弾性定数を同時に計算することであって、前記速度が、前記１つまたは複数の既知の距離および前記トランスデューサ（１０６）への前記音波の到達時間の関数として計算される、同時に計算することと
を含む、方法（２００）。
【請求項８】
前記波発生器（１０４）が、ターゲットを備え、前記複数の音波を同時に発生することが、パルスを前記ターゲットに向けて、それによって前記ターゲットが超音波を発生するように誘導するエネルギーソース（１１０）を含む、請求項７に記載の方法（２００）。
【請求項９】
前記積層体（１０２）に音が伝達するように前記積層体（１０２）の主表面に対して前記波発生器（１０４）および前記トランスデューサ（１０６）を配置することをさらに含む、請求項７に記載の方法（２００）。
【請求項１０】
前記トランスデューサ（１０６）が、０°、４５°および９０°の面内方向のそれぞれに沿って位置付けされる、請求項７に記載の方法（２００）。
【請求項１１】
装置（１００）が、支持アーム（１０８）をさらに備え、前記トランスデューサ（１０６）が、互いに間隔を空けて前記支持アーム（１０８）に付着され、前記支持アーム（１０８）が、位置付けされてそれによって前記０°、４５°および９０°の面内方向のそれぞれに沿って前記トランスデューサ（１０６）を位置付けする、請求項１０に記載の方法（２００）。
【請求項１２】
前記面内方向が、直交する第１および第２の面内方向を含み、
前記複数の弾性定数を同時に計算することが、前記直交する第１および第２の面内方向でのヤング率、ポアソン比およびせん断弾性率を計算することを含む、請求項７に記載の方法（２００）。
【請求項１３】
前記トランスデューサ（１０６）が、０°、４５°および９０°の面内方向のそれぞれに沿って位置付けされ、前記トランスデューサ（１０６）によって検出された前記音波の前記速度が、前記０°、４５°および９０°の面内方向での縦波速度および前記０°の面内方向での横波速度を含み、
前記ヤング率、ポアソン比およびせん断弾性率が、前記０°、４５°および９０°の面内方向での前記縦波速度、前記０°の面内方向での前記横波速度、および前記積層体（１０２）の既知の密度に基づいて、同時に計算される、請求項１２に記載の方法（２００）。
【請求項１４】
前記積層体（１０２）を含む航空機の一部に対して前記波発生器（１０４）および前記トランスデューサ（１０６）を配置することをさらに含む、請求項７に記載の方法（２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に非破壊試験に関し、詳細には、積層板もしくは板状構造の１つまたは複数の面内弾性定数を決定することに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、航空機、宇宙機および他のタイプの車両または船舶、建造物、橋梁、ならびに他の構造体などを含め、種々の機械的もしくは構造的なデバイスまたは組立体では、所与の部品の材料特性または材料特性の変化を決定できるということがしばしば望まれる。部品の設計および安全な動作は、その部品内の特定の方向性または特定の位置で特定の特性を有するということに依存する。さらに材料特性の任意の変化は、その部品の劣化を指し示している可能性がある。例えば、材料剛性は、構造体の性能に影響する重要なパラメータとなりうる。構造体は、構造体を構築する材料の既知の初期剛性に基づいて設計されうるが、様々な因子により材料剛性が低下する可能性がある。
【０００３】
応力、疲労および温度および／または酸化のプロセスなどの環境攻撃（ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  ａｔｔａｃｋ）は、材料が、それによって材料剛性の点で劣化されうるような機構のごく一部である。繊維／母材複合材料は、繊維を結び合わせた母材材料で極めて小さいひびが発展する可能性のある、主に、微小亀裂として知られるプロセスを通じて、特に剛性劣化を受けやすくなりうる。こうした微小亀裂により、機械的特性の劣化、応力集中および複合材料内の再分布が生じ、性能の劣化、層間剥離および繊維の損傷につながる可能性がある。
【０００４】
板の面内方向に沿った、複合積層板などの板の材料特性について、製造時および／または運用中のその状態を決定するなど、定量的に決定することが重要になりうる。
【０００５】
したがって、上で検討した問題、ならびに起こりうる他の問題の少なくともいくつかを考慮する装置および方法を有することが望まれうる。
【発明の概要】
【０００６】
本開示の例示的実施は、一般に、一般的な直交異方性モノリシック、または連続繊維強化複合単層体もしくは薄積層体などの複合積層体の面内弾性定数を測定するための装置および方法を対象とする。一例の装置および方法では、レーザ超音波発生源および単一試料を使用することができ、同時に３方向での面内の縦波および横波の速度の測定に関与することができる。測定された面内速度は、直交する２つの方向でのヤング率、ポアソン比およびせん断弾性率などの１つまたは複数の弾性定数にアルゴリズム的に関係しうる。本開示の例示的実施は、一般的な直交異方性複合体の弾性特性を得るため、また複合構造の材料の劣化の現場監視（ｉｎ−ｓｉｔｕ  ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ）を可能にするために、迅速でありかつ費用効果の高い手段を提供することができる。
【０００７】
例示的実施の一態様に従って、装置は、波発生器と、複数のトランスデューサと、処理デバイスとを含む。波発生器は、複数の面内方向に沿って積層体を通って伝播する複数の音波を同時に発生するように構成されうる。一例では、波発生器は、パルスをターゲットに向けるように構成されたエネルギーソースによって超音波を発生するように誘導可能なターゲットを含むことができる。一例では、エネルギーソースは、超音波トランスデューサでありうる。
【０００８】
トランスデューサは、互いに間隔を空けて、面内方向それぞれに沿って波発生器から１つまたは複数の既知の距離に位置付け可能とすることができる。様々な例では、トランスデューサは、波発生器から等しい既知の距離ｒに位置付け可能としてよく、または、トランスデューサの１つもしくは複数は、別々の既知の距離に位置付け可能としてもよい。どちらの事例でも、トランスデューサは、０°、４５°および９０°の面内方向のそれぞれに沿って位置付け可能とすることができる。トランスデューサは、面内方向それぞれに沿って、積層体を通って伝播する音波を検出するように構成されうる。加えて、または別法では、例えば、装置は、支持アームを含むことができ、トランスデューサは、互いに間隔を空けてこの支持アームに付着される。この例では、支持アームは、位置付け可能としてよく、それによって０°、４５°および９０°の面内方向のそれぞれに沿ってトランスデューサが位置付けされうる。
【０００９】
処理デバイスは、トランスデューサに結合され、トランスデューサによって検出された音波の速度の関数として積層体の複数の弾性定数を同時に計算するように構成されうる。処理デバイスは、既知の距離（複数可）およびトランスデューサへの音波の到達時間の関数として、速度を計算するように構成されうる。一例では、面内方向には、直交する第１および第２の面内方向が含まれる。この例では、複数の弾性定数を同時に計算するように構成された処理デバイスが、直交する第１および第２の面内方向でのヤング率、ポアソン比およびせん断弾性率を計算するように構成されることを含むことができる。
【００１０】
さらに特殊な例では、トランスデューサは、０°、４５°および９０°の面内方向のそれぞれに沿って位置付け可能とすることができ、トランスデューサによって検出された音波の速度は、０°、４５°および９０°の面内方向での縦波速度および０°の面内方向での横波速度を含むことができる。この例では、処理デバイスは、０°、４５°および９０°の面内方向での縦波速度、０°の面内方向での横波速度、および積層体の既知の密度に基づいて、ヤング率、ポアソン比およびせん断弾性率を同時に計算するように構成されうる。
【００１１】
有利には、プロセッサおよびコンピュータ可読プログラムコード部を記憶するメモリにより、処理デバイスが、波発生器およびトランスデューサを含む装置の複数のトランスデューサへの音波の到達時間を決定することができ、波発生器は、複数の面内方向に沿って積層体を通って伝播する複数の音波を同時に発生するように構成され、トランスデューサは、互いに間隔を空けて、面内方向それぞれに沿って波発生器から１つまたは複数の既知の距離に位置付け可能である。さらに、有利には、トランスデューサは、面内方向それぞれに沿って積層体を通って伝播する音波を検出するように構成され、トランスデューサによって検出された音波について到達時間が決定され、トランスデューサによって検出された音波の速度の関数として積層体の複数の弾性定数を同時に計算し、速度は１つまたは複数の既知の距離およびトランスデューサへの音波の到達時間の関数として計算される。
【００１２】
別の例では、有利には、波発生器は、パルスをターゲットに向けるように構成されたエネルギーソースによって、超音波を発生するように誘導可能なターゲットを備える。トランスデューサは、０°、４５°および９０°の面内方向それぞれに沿って位置付け可能である。有利には、装置は支持アームをさらに備え、トランスデューサは互いに間隔を空けてその支持アームに付着され、支持アームは位置付け可能であり、それによって０°、４５°および９０°の面内方向のそれぞれに沿ってトランスデューサが位置付けされる。有利には、面内方向には、直交する第１および第２の面内方向が含まれる。有利には、処理デバイスは、直交する第１および第２の面内方向でのヤング率、ポアソン比およびせん断弾性率を計算することを含め、複数の弾性定数を同時に計算することになる。
【００１３】
さらに特殊な例では、トランスデューサが、０°、４５°および９０°の面内方向のそれぞれに沿って位置付け可能であり、０°、４５°および９０°の面内方向での縦波速度および０°の面内方向での横波速度を含め、音波の速度がトランスデューサによって検出され、処理デバイスが、０°、４５°および９０°の面内方向での縦波速度、０°の面内方向での横波速度、および積層体の既知の密度に基づいて、ヤング率、ポアソン比およびせん断弾性率を同時に計算することになる。
【００１４】
例示的実施の他の態様では、処理デバイスおよび方法は、積層体の面内弾性定数を測定することを提供する。本明細書中で検討される特徴、機能および利点は、様々な例示的実施において独立して達成されることができ、またはさらなる他の例示的実施に組み込まれることができ、さらにその詳細は、以下の説明および図面を参照して理解されうる。
【００１５】
以上、本開示の例示的実施について概括して説明してきたが、ここで参照する添付の図面は、必ずしも原寸に比例して描かれていない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一例示的実施による装置を示す図である。
【図２】様々な例示的実施による方法の様々な動作を示す流れ図である。
【図３】一例示的実施による航空機の生産および運用方法論における様々な動作を示す流れ図である。
【図４】一例示的実施による航空機のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本開示のいくつかの実施については、ここで添付の図面を参照してこれ以降より詳しく説明され、本開示の実施の全てではなくいくつかが、示される。実際には、本開示の様々な実施は、多くの別々の形で実現され、本明細書中で明記する実施に限定されると解釈されるべきではなく、正しくは、これら例示的実施は、本開示が、徹底的かつ完全であり、本開示の範囲を当業者に十分に伝えるように提供される。同様の参照番号は、全体にわたって同様の要素を参照するものである。
【００１８】
複合積層板上の一点での応力の全体的状態は、３方向の垂直応力、ならびに３平面のせん断応力によって表されうる。この垂直応力は、０°（繊維）面内材料の主方向（例えば、ｘ方向）に沿った垂直応力を表すσ１１、直交する９０°の面内材料の主方向（例えば、ｙ方向）に沿った垂直応力を表すσ２２、および厚さ方向（例えば、ｚ方向）での垂直応力を表すσ３３を含むことができる。上記の下添字の１および２は、２つの面内材料の主方向を表すことができ、下添字３は、１−２平面に対して垂直な厚さ方向を表すことができる。次いで、せん断応力は、２−３平面のせん断応力を表すσ２３、３−１平面の応力を表すσ３１、および１−２平面上のせん断応力を表すσ１２を含むことができる。
【００１９】
各応力σ１１、σ２２、σ３３、σ２３、σ３１およびσ１２は、歪みε１１、ε２２、ε３３、ε２３、ε３１およびε１２をそれぞれもたらす。一般的な直交異方性固体に対しておよび材料の主座標系では、弾性の応力−歪み関係は、以下のように書くことができる。
【００２０】
2014092543.tif 000003
式（１）において、Ｃは、剛性テンソルを表し、いくつかの定数成分（Ｃ１１、Ｃ２２、Ｃ３３、Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ２３、Ｃ４４、Ｃ５５、Ｃ６６）を含む。
【００２１】
クリストッフェル式を解くことにより、（共に、１−２平面内で任意の角度θに対して偏光された）縦波位相速度および横波位相速度ＶＬ（θ）、ＶＴ（θ）は、以下の式によって与えられることを示すことができる。
【００２２】
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【００２３】
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式（２）および式（３）において、ρは板の密度を表し、Ａは面内剛性を表す。先に述べたことから、ＣおよびＡは以下のように表すことができる。
Ａ＝Ｃ６６＋Ｃ１１ｃｏｓ２（θ）＋Ｃ２２ｓｉｎ２（θ）                （４）
Ｃ＝［Ｃ１１ｃｏｓ２（θ）＋Ｃ６６ｓｉｎ２（θ）］［Ｃ６６ｃｏｓ２（θ）＋Ｃ２２ｓｉｎ２（θ）］−（Ｃ１２＋Ｃ６６）２ｃｏｓ２（θ）ｓｉｎ２（θ）      （５）
【００２４】
式（４）および式（５）においてθ＝０°、４５°および９０°を代入すると、以上の式は、４つの未知の面内定数Ｃ１１、Ｃ２２、Ｃ１２およびＣ６６を解くための以下の４つの独立式に帰着することができる。
【００２５】
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【００２６】
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【００２７】
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【００２８】
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【００２９】
上述の面内の波動に対する平面応力条件（薄複合単層体または薄複合積層体に対してほぼ正確であるとみなしうる）および３の方向での引張力無し（ｔｒａｃｔｉｏｎ  ｆｒｅｅ）境界条件を仮定すると、４つの面内剛性定数は、さらに以下のようにまとめることができる。
【００３０】
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【００３１】
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【００３２】
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Ｃ６６＝Ｇ１２                     （１３）
上記の式（１０）〜式（１３）では、Ｅ１、Ｅ２、ｖ１２、ｖ２１およびＧ１２は、材料の主方向の、面内ヤング率（Ｅ１、Ｅ２）、ポアソン比（ｖ１２、ｖ２１）およびせん断弾性率（Ｇ１２）を表す工学的弾性定数とすることができる。
【００３３】
式（６）〜式（１３）より、以下の工学的弾性定数の陽的表現を導き出すことができる。
【００３４】
2014092543.tif 000013
式（１４）中の変数は、順に以下のように表すことができる。
【００３５】
2014092543.tif 000014
【００３６】
2014092543.tif 000015
【００３７】
2014092543.tif 000016
【００３８】
2014092543.tif 000017
【００３９】
2014092543.tif 000018
【００４０】
2014092543.tif 000019
【００４１】
2014092543.tif 000020
【００４２】
板の密度ρは、既知とすることができる。したがって、式（１４）〜式（１８）（式１４−ａ、式１４−ｂ、式１４−ｃを含む）は、９つの未知数つまり、Ｅ１、Ｅ２、ｖ１２、ｖ２１、Ｇ１２、ＶＬ（０）、ＶＬ（９０）、ＶＬ（４５）およびＶＴ（０）を有する８つの連立方程式のセットを表す。本開示の例示的実施に従って、縦波速度および横波速度ＶＬ（０）、ＶＬ（９０）、ＶＬ（４５）およびＶＴ（０）が決定され、これにより式（１４）〜式（１８）に従って面内ヤング率（Ｅ１、Ｅ２）、ポアソン比（ｖ１２、ｖ２１）およびせん断弾性率（Ｇ１２）を決定することができる。
【００４３】
θ＝０°、４５°および９０°の方向での縦波速度ＶＬ、ならびにθ＝０°の方向での横波速度ＶＴは、板に沿って波動を伝播させて、板に沿ってそれぞれの方向に波動が既知の距離（例えば、距離ｒ）を伝わるために必要な経過時間ｔａｒｒｉｖａｌを測定することによって、実験的に決定されうるが、より詳細には以降で解説する。本開示の例示的実施は、最初に、板の厚さが板の長さおよび幅の寸法よりずっと短い薄板に関して説明されうる。ただし、定性的な結果は、非板状構造についても、本明細書中での説明されることと同一または同様の方法論を用いて得られうることが理解されるべきである。定性的な結果は、経験的に導かれた補正率を用いることによって非板状構造に対しても得られうると見込まれる。
【００４４】
図１に、一般的な直交異方性モノリシックまたは連続繊維強化複合単層体もしくは薄積層体などの一般的な直交異方性複合積層体１０２の面内弾性定数を測定するための装置１００の様々な構成部品を示す。本開示の例示的実施の装置および方法は、種々の機械的もしくは構造的なデバイスまたは組立体の材料特性の変化を決定するために利用されうる。例えば、試験装置および試験方法は、航空機の構造組立体の外装または他の部分を形成する複合積層板（複数可）の材料特性の変化を決定するために利用されうる。同様に、例えば、この装置および方法は、宇宙機、海上船舶、自動車または他の車両もしくは船舶の構造組立体の外装または他の部分を検査するために採用されうる。さらに他の例では、この装置および方法は、建造物、橋梁など他の構造物を検査するのに採用されうる。
【００４５】
本開示の一例示的実施に従って、装置１００は、積層体１０２に音が伝達するように積層体１０２の主表面に対して配置可能な、音波発生部１０４および複数ピンのトランスデューサ１０６を含むことができる。様々な例では、波発生器は、永久的にまたは可動的に、積層体に取り付けられ、またははめ込まれうる。様々な例では、トランスデューサは、支持アーム１０８によって積層体に対して保持されることができ、トランスデューサはその支持アームに付着されうる。一例では、支持アームは、支持アームを保持するように構成された取付け部または他の構造体にさらに固定されることができ、次に積層体に対して取付け位置にあるトランスデューサに固定されることができる。
【００４６】
音波発生部１０４は、複数の方向に面内音波（例えば、超音波）を発生するように構成されうる。波発生器は、いくつかの別々の方式で波動を発生するように構成されうる。一例では、波発生器は、パルスをターゲットに向けるように構成されたエネルギーソース１１０によって、超音波を発生するように誘導可能なアルミニウムテープなどのターゲットでよい。エネルギーソースは、レーザソース、圧電ソース、トランスデューサ（例えば、超音波トランスデューサ）等を含むいくつかの適したソースのうちいずれかでよい。また、様々な例では、ビーム成形レンズまたは他の素子が、適宜、ソースとターゲットの間に配置されてよい。
【００４７】
トランスデューサ１０６は、それぞれの方向で、音波発生部１０４によって発生された波動を検出し、音波を電気波形に変換するように構成されうる。トランスデューサは、超音波トランスデューサ、レーザ干渉計等を含むいくつかの適したトランスデューサのうちいずれかでよい。トランスデューサは、互いに間隔を空けて、それぞれの方向に波発生器から等距離で、支持アーム１０８に付着されうる。示されるように、例えば、トランスデューサは、トランスデューサが波発生器から等しい距離ｒに配置されうるように、間隔を空けて支持アームに付着されうる。別の例では、トランスデューサの１つまたは複数（または、全てでも）は、波発生器から別々の距離に位置付け可能とすることができる。その距離（複数可）は、６〜１５ｃｍの範囲などの、いくつかの別々の方式で選択されうる。これらトランスデューサに対する距離が、同一または異なるかどうかにかかわらず、トランスデューサは、０°、４５°および９０°の面内方向のそれぞれに沿って位置付けされうる。一例では、支持アームは、円形あるいは曲線部を含むことができ、これにトランスデューサが付着されうる。
【００４８】
非等方性構成では、せん断弾性率／剛性（および、したがって速度）は、意図的に、方向的に依存的でありうる。波形の縦成分およびせん断成分は、それらがトランスデューサ１０６によって独立的に測定されうるように、それらの速度によって時間的に、かつ、トランスデューサとのそれらの相互作用によって大きさ的に、分解されうる。
【００４９】
トランスデューサ１０６およびエネルギーソース１１０は、有線接続または無線接続を介してなど、適した処理デバイス１１２に結合されうる。処理デバイスは、音波発生部１０４によって面内音波（例えば、超音波）の発生を制御するように構成されうる。同様に、処理デバイスは、トランスデューサからの電気波形を受信するように構成されうる。処理デバイスは、トランスデューサそれぞれからの波形を記録することができ、波動のそれぞれの到達時間を決定することができる。
【００５０】
波発生器とトランスデューサ１０６との間の距離（複数可）は、既知であり、そのため処理デバイス１１２は、既知の距離（複数可）を到達時間で除すことによって波動の速度を決定するように構成されうる。これについては、波動の速度は、トランスデューサが沿って配置される方向であるθ＝０°、４５°および９０°の方向で決定されることができ、これらは、ＶＬ（０）、ＶＬ（９０）、ＶＬ（４５）およびＶＴ（０）に対応することができる。次いで、処理デバイスは、上で解説したように、式（１４）〜式（１８）に従って、面内ヤング率（Ｅ１、Ｅ２）、ポアソン比（ｖ１２、ｖ２１）およびせん断弾性率（Ｇ１２）を計算するように構成されうる。
【００５１】
本開示の例示的実施に従って、処理デバイス１１２は、様々な手段によって実施され、この手段は、単独で、あるいは、１つもしくは複数のコンピュータプログラムコード命令、コンピュータ可読記憶媒体からのプログラム命令または実行可能なコンピュータ可読プログラムコード命令の指示下で、ハードウェアを含むことができる。一例では、処理デバイスとして機能する、あるいは処理デバイスを実行するように構成された、１つまたは複数の処理デバイスが提供されうる。１つより多くの処理デバイスに関与する例では、それぞれのデバイスが、直接または間接的に有線または無線を介してなど、いくつかの別々の方式で互いに接続されることができ、あるいは、通信することができる。
【００５２】
一般に、本開示の例示的実施の適した１つの処理デバイスは、１つもしくは複数の取り付けられたまたは携帯可能な電子デバイスに備えることができ、含むことができ、または実現されうる。適した電子デバイスの例には、スマートフォン、タブレットコンピュータ、ラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータ、ワークステーションコンピュータ、サーバーコンピュータ等が含まれる。処理デバイスは、例えばメモリに接続されたプロセッサなどのいくつかの構成部品のそれぞれの１つまたは複数を含むことができる。
【００５３】
プロセッサは、一般に、例えばデータ、コンピュータ可読プログラムコード、命令等（一般には「コンピュータプログラム」、例えばソフトウェア、ファームウェア他）、および／または他の適した電子的情報などの情報を処理する能力のあるハードウェアのいずれかである。より詳細には、例えば、プロセッサは、プロセッサのオンボードに記憶されうる、あるいは（同一のもしくは別の処理デバイスの）メモリ内に記憶されうる、コンピュータプログラムを実行するように構成されうる。プロセッサは、特定の実施に応じて、いくつかのプロセッサ、マルチプロセッサコアまたはいくつかの他のタイプのプロセッサであってよい。さらに、プロセッサは、主プロセッサが単一チップ上の１つまたは複数の第２のプロセッサと共にあるいくつかの異種プロセッサ装置を用いて実施されてよい。別の実例では、プロセッサは、同一タイプの複数のプロセッサを収容する対称マルチプロセッサ装置であってよい。さらに別の例では、プロセッサは、１つまたは複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）等として実現され、あるいは、これらを含むことができる。このように、プロセッサは、コンピュータプログラムを実行して１つまたは複数の機能を達成する能力があるうるが、様々な例のプロセッサは、コンピュータプログラムの補助無しで１つまたは複数の機能を達成する能力がありうる。
【００５４】
メモリは、一般に、例えばデータ、コンピュータプログラムおよび／または他の適した情報など、一時的および／または永久的どちらでも、情報を記憶する能力のあるハードウェアのいずれかである。一例では、メモリは、１つまたは複数のデータベースの様々な情報を記憶するように構成されうる。メモリには、揮発性および／または不揮発性メモリが含まれてよく、取付け用または取外し可能でもよい。適したメモリの例には、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ハードドライブ、フラッシュメモリ、サムドライブ、取外し可能コンピュータディスケット、光ディスク、磁気テープ、または上記のいくつかの組合せが含まれる。光ディスクには、コンパクトディスクの読出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、コンパクトディスクの読み／書き用（ＣＤ−Ｒ／Ｗ）、ＤＶＤ等が含まれうる。様々な事例では、メモリは、コンピュータ可読記憶媒体と呼ばれ、情報を記憶する能力をもつ持続性デバイスであるこのコンピュータ可読記憶媒体は、一箇所から別の箇所へ情報を伝搬する能力をもつ電子的な一時性信号などのコンピュータ可読伝送媒体とは区別することができる。本明細書中で説明するコンピュータ可読媒体は、一般に、コンピュータ可読記憶媒体またはコンピュータ可読伝送媒体と呼ぶことができる。
【００５５】
メモリに加えて、プロセッサは、情報を表示、送信および／または受信するための１つまたは複数のインターフェースに接続されてもよいが必ずしも必要ない。インターフェースには、１つまたは複数の通信インターフェースおよび／または１つまたは複数のユーザインターフェースが含まれうる。通信インターフェースは、他の処理デバイス（複数可）、ネットワーク（複数可）等へ、および／またはそこから、情報を送信および／または受信するように構成されうる。通信インターフェースは、物理的に（有線の）および／または無線の通信リンクによって、情報を送信および／または受信するように構成されうる。適した通信インターフェースの例には、ネットワークインターフェースコントローラ（ＮＩＣ）、無線ＮＩＣ（ＷＮＩＣ）等が含まれる。
【００５６】
ユーザインターフェースには、ディスプレイおよび／または１つまたは複数のユーザ入力インターフェースが含まれうる。ディスプレイは、ユーザに情報を示すあるいは表示するように構成することができ、その適した例には、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、発光ダイオードディスプレイ（ＬＥＤ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等が含まれうる。ユーザ入力インターフェースは、有線または無線によるものでよく、処理、記憶および／または表示のためなど、ユーザから処理デバイス内へ情報を受信するように構成されうる。ユーザ入力インターフェースの適した例には、マイクロフォン、画像もしくはビデオのキャプチャデバイス、キーボードもしくはキーパッド、ジョイスティック、タッチセンシティブ表面（タッチスクリーンと分離型または一体型）、生体認証センサ等が含まれる。ユーザインターフェースは、プリンタ、スキャナー等などの周辺機器と通信するための１つまたは複数のインターフェースをさらに含むことができる。
【００５７】
上に述べたように、プログラムコード命令は、メモリに記憶され、プロセッサによって実行されて、本明細書中で説明する処理デバイスの機能を実施することができる。理解されるように、任意の適したプログラムコード命令は、特定のマシンを生産するために、コンピュータ可読記憶媒体からコンピュータまたは他のプログラム可能な装置に読み込まれることができ、その結果特定のマシンが、本明細書中で明示された機能を実施するための手段となる。これらプログラムコード命令は、特定の方式で機能するようにコンピュータ、プロセッサまたは他のプログラム可能な装置に指示できるコンピュータ可読記憶媒体に記憶されて、それによって特定のマシンまたは特定の製造品を生成することもできる。コンピュータ可読記憶媒体に記憶された命令が、製造品を生産し、製造品は、本明細書中で説明する機能を実施するための手段となる。プログラムコード命令は、コンピュータ可読記憶媒体から取り出され、コンピュータ、プロセッサまたは他のプログラム可能な装置が動作を実行するように構成するコンピュータ、プロセッサまたは他のプログラム可能な装置に読み込まれて、コンピュータ、プロセッサまたは他のプログラム可能な装置上でまたはこれらによって達成されうる。
【００５８】
１つの命令が一度に、取り出され、読み込まれ、実行されるように、プログラムコード命令の取り出し、読込みおよび実行は、順次達成されうる。いくつかの例示的実施では、複数の命令が共に取り出され、読み込まれ、および／または実行されるように、取り出し、読込みおよび／または実行は平行して達成されうる。コンピュータ、プロセッサまたは他のプログラム可能な装置によって実行された命令が本明細書中で説明される機能を実施するための動作を提供するように、プログラムコード命令の実行により、コンピュータ実施プロセスが生産されうる。
【００５９】
プロセッサによる命令の実行、またはコンピュータ可読記憶媒体の命令の記憶は、明示した機能を達成するための動作の組合せをサポートする。１つまたは複数の機能および機能の組合せは、明示した機能、または特殊目的のハードウェアとプログラムコード命令の組合せを達成する特殊目的ハードウェアベースのコンピュータシステムおよび／またはプロセッサによって実施されうることも理解されよう。
【００６０】
図２に、本開示の例示的実施による方法２００における様々な動作を示す。ブロック２０２に示すように、この方法は、積層体１０２の主表面に対して波発生器１０４および複数のトランスデューサ１０６を配置することを含みうる。波発生器およびトランスデューサは、積層体に音が伝達するように配置されうる。また、一例では、波発生器およびトランスデューサは、積層体を含む航空機の一部に対して配置されうる。
【００６１】
ブロック２０４に示すように、この方法は、複数の面内方向に沿って積層体１０２を通って伝播する複数の音波を同時に発生する波発生器１０４を含むことができる。一例では、波発生器は、ターゲットを含むことができ、エネルギーソースは、パルスをターゲッに向けて、それによってターゲットが超音波を発生するように誘導することができる。
【００６２】
ブロック２０６に示すように、この方法は、面内方向それぞれに沿って積層体を通って伝播する音波を検出するトランスデューサ１０６も含むことができる。トランスデューサ１０６は、互いに間隔を空けて、面内方向それぞれに沿って波発生器から１つまたは複数の既知の距離に位置付けすることができる。様々な例では、トランスデューサは、波発生器から等しい既知の距離ｒに位置付けされてよく、または１つまたは複数のトランスデューサは、別々の既知の距離に位置付けされてもよい。どちらの事例でも、トランスデューサは、０°、４５°および９０°の面内方向のそれぞれに沿って位置付けされうる。加えて、または別法では、例えば、装置は、支持アームを含むことができ、トランスデューサは、互いに間隔を空けてこの支持アームに付着される。この例では、支持アームが位置付けされることができ、それによって０°、４５°および９０°の面内方向のそれぞれに沿ってトランスデューサを位置付けすることができる。
【００６３】
ブロック２０８に示すように、この方法は、距離（複数可）およびトランスデューサへの音波の到達時間の関数として計算される速度を用いて、トランスデューサによって検出された音波の速度の関数として積層体の複数の弾性定数を同時に計算する処理デバイス１１２も含みうる。一例として、面内方向には、直交する第１および第２の面内方向が含まれる。この例では、同時計算には、直交する第１および第２の面内方向でのヤング率、ポアソン比およびせん断弾性率の計算が含まれる。さらに具体的な例では、トランスデューサが、０°、４５°および９０°の面内方向のそれぞれに沿って位置付けされ、トランスデューサによって検出される音波の速度は、縦波速度ＶＬ（０）、ＶＬ（９０）、ＶＬ（４５）および横波速度ＶＴ（０）を含むことができる。この例では、ヤング率、ポアソン比およびせん断弾性率の同時計算は、上で与えられた式（１４）〜式（１８）を解くことを含むことができる。
【００６４】
本開示の例示的な実施は、種々の潜在的な用途、特に、例えば航空宇宙、海運および自動車の用途を含む運輸産業における使用を見出すことができる。ここで図３および図４を参照されたいが、このように、例示的な実施は、図３に示すように航空機製造および運用方法３００に関して、また図４に示すように航空機４００に関して使用されうる。生産前期間では、例示的方法は、航空機の仕様および設計３０２と、製造工程および処理計画３０４と、資材調達３０６とを含むことができる。開示される方法は、航空機の仕様および設計期間と、ならびに／または製造工程および処理計画期間との使用について明示されうる。生産中は、構成部品および部分組立品製造３０８と、航空機のシステム統合３１０とが行われる。
【００６５】
様々な例では、航空機の一部が積層体を含み、本開示の装置および方法は、構成部品および部分組立品製造プロセス３０８またはシステム統合３１０のどちらかまたは両方の期間に、これら積層体の１つまたは複数の面内弾性定数を測定するために使用されうる。その後、航空機４００は、運用中３１４にするために認定および出荷３１２を経ることができる。顧客によって運用されている間、航空機の定期的なメンテナンスおよびサービス３１６（これは、改変、再構成、新装等も含むことができる）のための予定を組むことができる。航空機の１つまたは複数の積層体の面内弾性定数は、本開示の装置および方法に従って運用中、ならびに一例ではメンテナンスおよびサービス期間に、測定されうる。
【００６６】
例示的方法３００のプロセスのそれぞれは、システムインテグレータ、サードパーティおよび／またはオペレータ（例えば、顧客）によって達成または遂行されうる。これを説明すると、システムインテグレータには、例えば任意の数の航空機製造業者および主要システムの下請け業者が含まれ、サードパーティには、例えば任意の数のベンダー、下請け業者および供給業者が含まれ、オペレータには、例えば航空会社、リース会社、軍事的機関、サービス組織等が含まれうる。
【００６７】
図４に示すように、例示的方法３００によって生産された例示的航空機４００は、複数のシステム４０４および内部４０６をもつ機体４０２を含むことができる。その弾性定数が本開示の装置および方法に従って測定されうる積層体は、機体中および／または内部で使用されうる。高水準システム４０４の例は、１つまたは複数の推進システム４０８、電気システム４１０、油圧システム４１２、環境システム４１４等を含む。任意の数の他のシステム４０４は、含まれてよい。航空宇宙空間の例が示されているが、本開示の趣旨は、海運産業および自動車産業などの他の産業に適用されうる。
【００６８】
本明細書中で実現されるシステムおよび方法は、例示的生産および運用方法３００の任意の１つまたは複数の段階の期間採用されうる。例えば、生産プロセス３０８に対応する構成部品または部分組立品が、１つまたは複数の積層体を含むことができ、航空機４００が運用中３１４である間、その積層体の弾性定数は、本開示の方法に従って測定されうる。生産段階３０８および３１０の期間、１つまたは複数の例示的システムの実施、方法の実施またはその組合せは、１つまたは複数の積層体の弾性定数を測定するためにも利用され、一例では不適切な製造または部品の劣化を指し示しうる材料特性の任意の変化の識別が可能となりうる。次に、これは、実質的に航空機４００の組立を促進することができまたはコストを低減することができる。同様に、例えば、航空機４００が運用中３１４である間、１つまたは複数のシステムの実施、方法の実施またはその組合せが利用されうる。
【００６９】
本明細書中で明記する本開示の多くの改変および他の実施は、これらの開示に関係する当業者が想到し、先の説明および付属図面において提示された教示の利点を有するであろう。したがって、本開示は、開示された具体的な実施に限定されず、改変および他の実施は、添付の特許請求の範囲に包含されるものであることを理解されたい。さらに、先の説明および付属図面では、要素および／または機能の一定の例示的組合せに関して例示的実施を説明したが、要素および／または機能の異なる組合せは、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく代替の実施によって提供されうることが理解されるべきである。これについては、例えば、上で明確に説明した要素および／または機能の組合せと異なる組合せも、添付の特許請求の範囲のいくつかに明記されうるものとして考えられる。本明細書中では具体的な用語が採用されているが、これらは包括的および叙述的な認識でのみ使用され、限定を目的とするものではない。
【符号の説明】
【００７０】
１００  装置
１０２  積層体
１０４  音波発生部、波発生器
１０６  トランスデューサ
１０８  支持アーム
１１０  エネルギーソース
１１２  処理デバイス
２００  方法
２０２  ブロック
２０４  ブロック
２０６  ブロック
２０８  ブロック
３００  運用方法
３０２  仕様および設計
３０４  製造工程および処理計画
３０６  資材調達
３０８  構成部品および部分組立品製造
３１０  システム統合
３１２  認定および出荷
３１４  運用中
３１６  メンテナンスおよびサービス
４００  航空機
４０２  機体
４０４  システム
４０６  内部
４０８  推進システム
４１０  電気システム
４１２  油圧システム
４１４  環境システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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2014092543000002.pdf
2014092543000003.pdf
2014092543000004.pdf