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Quantitative nondestructive evaluation of closed cracks using interaction of sound and vibration

Research Project

Project/Area Number 18H01524
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 22020:Structure engineering and earthquake engineering-related
Research InstitutionEhime University

Principal Investigator

Nakahata Kazuyuki  愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 教授 (20380256)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 森 伸一郎  愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 准教授 (10304643)
高橋 学  愛媛大学, 社会共創学部, 教授 (20274334)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2019: ¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000)
Fiscal Year 2018: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000)
Keywords閉口き裂 / 振動 / 超音波 / 和差調波共振 / 固有振動数 / コンクリート / 非破壊検査 / 波形ひずみ / 非線形音響
Outline of Final Research Achievements

The purpose of this study is to develop a quantitative nondestructive evaluation method of closed clacks in a structural component using the interaction of sound and vibration. This method utilizes a nonlinearity due to contact and separation behaviors of a clack face.
First, we investigated the ultrasonic transmission waveforms in the case of contacted and separated conditions of the clack face experimentally and numerically. Then, the summed and differential harmonics by the clack face interaction were measured in a steady-state using oscillation sources with two different frequencies. The next step is to measure the nonlinearity using ultrasonic transducers. Furthermore, we succeeded in ultrasonic imaging using a low-frequency array transducer designed for the concrete structure. As future works, we combine nonlinear ultrasonics to array imaging and validate it for actual cracks.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

き裂が閉じている場合は,非破壊検査時において過小評価する場合が多く,閉じたき裂の定量的評価は社会インフラの維持管理の高度化において悲願であった.本研究の独創的な点は,き裂界面の開閉口に起因する振動の非線形現象を超音波で計測することである.この非線形現象を数理モデルに基づいて説明し,さらにこれらの発生が顕著になる条件を明らかにできたことは学術的にも有意義である.き裂界面の非線形現象の発現について基礎的知見を得ることができたので,今後は,実用に向けたセンシング法を構築することが課題である.

Report

(4 results)
  • 2020 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2021 2020 2019 2018

All Journal Article (9 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 2 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Evolution of visible damage and change of natural frequency in reinforced concrete beams subjected to four-point bending load2021

    • Author(s)
      森 伸一郎,小林 巧
    • Journal Title

      Journal of Structural Engineering, A

      Volume: 67A Issue: 0 Pages: 208-219

    • DOI

      10.11532/structcivil.67A.208

    • NAID

      130008025968

    • ISSN
      1881-820X
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  • [Journal Article] 超音波アレイ探触子の移送によるシームレスな広域イメージング2021

    • Author(s)
      中畑和之, 牧田陽行, 林恭平, 上林正和
    • Journal Title

      超音波テクノ

      Volume: 33(2) Pages: 1-5

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    • Author(s)
      高橋栞太, 中畑和之
    • Journal Title

      Journal of Structural Engineering, A

      Volume: 66A Issue: 0 Pages: 529-539

    • DOI

      10.11532/structcivil.66A.529

    • NAID

      130007830389

    • ISSN
      1881-820X
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    • Peer Reviewed / Open Access
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    • Author(s)
      中畑和之, 天野裕維, 溝田裕久, 斎藤隆泰, 木本和志
    • Journal Title

      Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. A2 (Applied Mechanics (AM))

      Volume: 75 Issue: 2 Pages: I_71-I_81

    • DOI

      10.2208/jscejam.75.2_I_71

    • NAID

      130007795490

    • ISSN
      2185-4661
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      森 伸一郎,小林 巧
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      Volume: 28 Pages: 383-388

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      高橋栞太,中畑和之
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      構造工学論文集

      Volume: 65A Pages: 264-274

    • NAID

      130007791190

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      Volume: 26 Pages: 87-88

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      Volume: 26 Pages: 51-52

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  • [Presentation] 疲労き裂面の接触状態による超音波透過特性に関する基礎的検討2020

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      川﨑藍流,丸山泰蔵,勝田順一,高橋学,中畑和之
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      令和2年度四国支部技術研究発表会
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      Kanta Takahashi, Kazuyuki Nakahata
    • Organizer
      日本非破壊検査協会 秋季講演大会
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    • Int'l Joint Research

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Published: 2018-04-23   Modified: 2022-01-27  

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