Bolt Conclusion Evaluation System using Nonlinear Ultrasonic Pulse Waves

• Project/Area Number: 20860020
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (Start-up)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Measurement engineering
• Research Institution: Akita University
• Principal Investigator: FUKUDA Makoto Akita University, 工学資源学部・電気電子工学科, 助教 (50507671)
• Project Period (FY): 2008 – 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥3,289,000 (Direct Cost: ¥2,530,000、Indirect Cost: ¥759,000); Fiscal Year 2009: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2008: ¥1,729,000 (Direct Cost: ¥1,330,000、Indirect Cost: ¥399,000)
• Keywords: 計測工学 / 機械材料・材料力学 / 解析・評価 / 非線形超音波 / 二層型圧電振動子 / ボルト締結 / 軸力 / トルク / 有限振幅超音波 / 2次高調波 / 非破壊検査 / 超音波 / ボルト・ねじ / 非線形 / 圧電振動子 / 有限振幅音波

Research Abstract

This study investigates the use of ultrasonic second harmonic components in the quality control of bolt fastened structures. The second harmonic components from a fastened bolt were detected using a double-layered piezoelectric ultrasonic transducer (DLPT). The fundamental ultrasonic pulse waves (1MHz) are transmitted when the DLPT is electrically connected in parallel, while the second harmonic ultrasonic components (2MHz) are detected when the DLPT is connected in series. A hexagon head bolt (the diameter and length of the screw are 12mm and 100mm) was used in the experiments. The bolt was fastened by an axial force of 20kN. The second harmonic component increased by approximately 15dB before and after the bolt was fastened.

Research Products

• [Journal Article] A Novel Double-Layered Piezoelectric Transducer for Detecting Second Harmonic Ultrasonic Pulse Waves (2010)
  • Author(s): Makoto Fukuda, Kazuhiko Imano
  • Journal Title: Int.J.Soc.Mater.Eng.Resour. Vol. 17, No. 1 Pages: 73-77
  • NAID: 110007554387
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Novel Double-Layered Piezoelectric Transducer for Detecting Second Harmonic Ultrasonic Pulse Waves (2010)
  • Author(s): Makoto Fukuda, Kazuhiko Imano
  • Journal Title: Int.J.Soc.Mater.Eng.Resour. 17 Pages: 73-77
  • NAID: 110007554387
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Detection of a second harmonic ultrasonic component generated from a fastened bolt using a double-layered piezoelectric transducer (2009)
  • Author(s): Makoto Fukuda, Kazuhiko Imano
  • Journal Title: IEICE Electron.Exp. Vol. 6, No. 20 Pages: 1438-1443
  • NAID: 130000121814
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Detection of a second harmonic ultrasonic component generated from a fastened bolt using a double-layered piezoelectric transducer (2009)
  • Author(s): Makoto Fukuda, Kazuhiko Imano
  • Journal Title: IEICE Electron.Exp. 6 Pages: 1438-1443
  • NAID: 130000121814
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Detection of sub-harmonic components generated from microbubbles in water using double-layered piezoelectric transducer with aligning polarization directions (2008)
  • Author(s): Makoto Fukuda, Kazuhiko Imano
  • Journal Title: Acoust.Sci.&Tech. Vol. 29, No. 6 Pages: 399-402
  • NAID: 110006967411
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Novel detection system using double-layered pieioelectric transducer in same polarization direction for sub-harmonic components generated from plastic-deformed metal rod (2008)
  • Author(s): Makoto Fukuda, Morimasa Nishihira and Kazuhiko Imano
  • Journal Title: Jpn. J. Appl. Phys 47 Pages: 3899-3903
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Detection of sub-harmonic components generated from microbubbles in water using double-layered piezoelectric transducer with aligning polarization directions (2008)
  • Author(s): Makoto Fukuda and Kazuhiko Imano
  • Journal Title: Acoust. Sci. & Tech 29 Pages: 399-402
  • NAID: 110006967411
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 二層型圧電振動子を用いたボルト締結状態からの非線形成分の検出 (2010)
  • Author(s): 福田誠, 吉田和博, 今野和彦
  • Organizer: 日本音響学会2010年春季研究発表会講演論文集
  • Place of Presentation: 電気通信大学, 東京
  • Year and Date: 2010-03-10
• [Presentation] 二層型圧電振動子を用いたボルト締結状態からの非線形成分の検出 (2010)
  • Author(s): 福田誠, 吉田和博, 今野和彦
  • Organizer: 日本音響学会2010年春季研究発表会
  • Place of Presentation: 電気通信大学
  • Year and Date: 2010-03-10
• [Presentation] Second harmonic components detection for fastening bolts using double-layered piezoelectric transducer (2009)
  • Author(s): Makoto Fukuda, Kazuhiro Yoshida, Kazuhiko Imano
  • Organizer: 第30回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム論文集
  • Place of Presentation: 同志社大学今出川キャンパス, 京都
  • Year and Date: 2009-11-19
• [Presentation] Second harmonic components detection for fastening bolts using double-1 ayered piezoelectric transducer (2009)
  • Author(s): Makoto Fukuda, Kazuhiro Yoshida, Kazuhiko Imano
  • Organizer: 第31回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム
  • Place of Presentation: 同志社大学今出川キャンパス寒梅館
  • Year and Date: 2009-11-19
• [Presentation] Detection of second harmonic ultrasonic components generated from fastened bolts (2009)
  • Author(s): Makoto Fukuda, Kazuhiko Imano
  • Organizer: The 13th Asia-Pacific Conference on Non-Destructive Testing (APCNDT2009)
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜会議センター, 横浜
  • Year and Date: 2009-11-11
• [Presentation] Detection of second harmonic ultrasonic components generated from fastened bolts (2009)
  • Author(s): Makoto Fukuda, Kazuhiro Yoshida, Kazuhiko Imano
  • Organizer: The 13th Asia-Pacific Conference on Non-Destructive Testing(APCNDT2009)
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜会議センター
  • Year and Date: 2009-11-11
• [Presentation] A novel detection system for second harmonic ultrasonic pulse waves using bonded ring type double-layered piezoelectric transducer (2009)
  • Author(s): Makoto Fukuda, Kazuhiko Imano
  • Organizer: The 6th International Conference on Materials Engineering for Resources (ICMR2009)
  • Place of Presentation: 秋田ビューホテル, 秋田
  • Year and Date: 2009-10-23
• [Presentation] A novel detection system for second harmonic ultrasonic pulse waves using bonded ring type double-layered piezoelectric transducer (2009)
  • Author(s): Makoto Fukuda, Kazuhiko Imano
  • Organizer: The 6th International Conference on Materials Engineering for Resources(ICMR2009)
  • Place of Presentation: 秋田ビューホテル
  • Year and Date: 2009-10-23
• [Presentation] 2次高調波を用いたボルト・ナット締結状態の一評価法 (2009)
  • Author(s): 吉田和博, 福田誠, 今野和彦
  • Organizer: 日本音響学会2009年秋季研究発表会講演論文集
  • Place of Presentation: 日本大学工学部, 郡山
  • Year and Date: 2009-09-17
• [Presentation] 2次高調波を用いたボルト・ナット締結状態の一評価法 (2009)
  • Author(s): 吉田和博, 福田誠, 今野和彦
  • Organizer: 日本音響学会2009年秋季研究発表会
  • Place of Presentation: 日本大学工学部
  • Year and Date: 2009-09-17
• [Presentation] 二層型圧電振動子を用いた非線形超音波検出法とその応用 (2009)
  • Author(s): 福田誠
  • Organizer: 第4回非線形超音波研究会第4回レーザ超音波・先進非接触計測技術研究会合同研究会
  • Place of Presentation: 富山大学五福キャンパス
  • Year and Date: 2009-08-12
• [Presentation] 二層型圧電振動子を用いた非線形超音波検出法とその応用 (2009)
  • Author(s): 福田誠
  • Organizer: 第4回非線形超音波研究会第4回レーザ超音波・先進非接触計測技術研究会合同研究会
  • Place of Presentation: 富山大学五福キャンパス黒田講堂, 富山
  • Year and Date: 2009-08-10
• [Presentation] 二層型圧電振動子を用いたサブハーモニックイメージング (2009)
  • Author(s): 佐藤博仁, 福田誠, 今野和彦
  • Organizer: 日本素材物性学会平成21年度 (第19回) 年会講演要旨集
  • Place of Presentation: 秋田ビューホテル, 秋田
  • Year and Date: 2009-06-16
• [Presentation] 有限振幅超音波を用いたボルト締結状態の一評価法 (2009)
  • Author(s): 吉田和博, 福田誠, 今野和彦
  • Organizer: 日本素材物性学会平成21年度 (第19回) 年会講演要旨集
  • Place of Presentation: 秋田ビューホテル, 秋田
  • Year and Date: 2009-06-16
• [Presentation] 有限振幅超音波を用いたボルト締結状態の一評価法 (2009)
  • Author(s): 吉田和博, 福田誠, 今野和彦
  • Organizer: 日本素材物性学会平成21年度(第19回)年会
  • Place of Presentation: 秋田ビューホテル
  • Year and Date: 2009-06-16
• [Presentation] 二層型圧電振動子を用いたザブハーモニックイメージング (2009)
  • Author(s): 佐藤博仁, 福田誠, 今野和彦
  • Organizer: 日本素材物性学会平成21年度(第19回)年会
  • Place of Presentation: 秋田ビューホテル
  • Year and Date: 2009-06-16
• [Presentation] ボルト締め付け前後における2次高調波検出 (2009)
  • Author(s): 福田誠, 今野和彦
  • Organizer: 日本音響学会2009年春季研究発表会講演論文集
  • Place of Presentation: 東京工業大学大岡山キャンパス, 東京
  • Year and Date: 2009-03-17
• [Presentation] ボルト締め付け前後における2次高調波検出 (2009)
  • Author(s): 福田誠, 今野和彦
  • Organizer: 日本音響学会2009年春季研究発表会
  • Place of Presentation: 東京工業大学大岡山キャンパス
  • Year and Date: 2009-03-17
• [Presentation] SECOND HARMONIC DETECTION GENERATED FROM FASTENED BOLT (2009)
  • Author(s): Makoto Fukuda, Kazuhiko Imano
  • Organizer: 30^<th> International Symposium on Acoustical Imaging (AI30)
  • Place of Presentation: ハイアットリージェンシーモントレー, Monterey, USA
  • Year and Date: 2009-03-04
• [Presentation] SECOND HARMONIC DETECTION GENERATED FROM FASTENED BOLT (2009)
  • Author(s): Makoto Fukuda and Kazuhiko Imano
  • Organizer: 30^<th> International Symposium on Acoustical Imaging (AI30)
  • Place of Presentation: Monterey, USA
  • Year and Date: 2009-03-03
• [Presentation] A Detection of Nonlinear Components of Lamb Wave Generated from Closed Cracks Using Double-Layered Piezoelectric Transducer (2008)
  • Author(s): Makoto Fukuda, Kazuhiko Imano
  • Organizer: 第29回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム論文集
  • Place of Presentation: 仙台市シルバーセンター, 仙台
  • Year and Date: 2008-11-13
• [Presentation] A Detedtion of Nonlinear Components of Lamb Wave Generated from Closed Cracks Using Double-Layered Piezoelectric Transducer (2008)
  • Author(s): Makoto Fukuda and Kazuhiko Imano
  • Organizer: 第29回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム
  • Place of Presentation: 第29回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム
  • Year and Date: 2008-11-13
• [Presentation] 二層型圧電振動子を用いた Lamb 波の発生と非破壊検査への一応用 (2008)
  • Author(s): 福田誠, 今野和彦
  • Organizer: 電子情報通信学会技術研究報告
  • Place of Presentation: 東北大学青葉山キャンパス, 仙台
  • Year and Date: 2008-09-25
• [Presentation] 二層型圧電振動子を用いたLamb波の発生と非破壊検査への一応用 (2008)
  • Author(s): 福田誠, 今野和彦
  • Organizer: 電子情報通信学会技術研究報告
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 2008-09-25
• [Presentation] 二層型圧電振動子を用いた板波の発生と2 次高調波の検出 (2008)
  • Author(s): 福田誠, 今野和彦
  • Organizer: 日本音響学会2008年秋季研究発表会講演論文集
  • Place of Presentation: 九州大学大橋キャンパス, 福岡
  • Year and Date: 2008-09-11
• [Presentation] 二層型圧電振動子を用いた板波の発生と2次高調波の検出 (2008)
  • Author(s): 福田誠, 今野和彦
  • Organizer: 日本音響学会2008年秋季研究発表会
  • Place of Presentation: 九州大学大橋キャンパス
  • Year and Date: 2008-09-11
• [Presentation] 塑性変形した金属棒断面の観察結果による二層型圧電振動子を用いた2次高調波および分調波の検出結果の考察 (2008)
  • Author(s): 福田誠, 鎌田真一, 今野和彦
  • Organizer: 日本素材物性学会平成20年度 (第18回) 年会講演要旨集
  • Place of Presentation: 秋田ビューホテル, 秋田
  • Year and Date: 2008-06-17
• [Presentation] 塑性変形した金属棒断面の観察結果による二層型圧電振動子を用いた2次高調波および分調波の検出結果の考察 (2008)
  • Author(s): 福田誠, 鎌田真一, 今野和彦
  • Organizer: 平成20年度(第18回)日本素材物性学会年会
  • Place of Presentation: 秋田ビューホテル
  • Year and Date: 2008-06-17
• [Presentation] 塑性変形した金属棒の内部状態と検出された非線形超音波成分との関係 (2008)
  • Author(s): 福田誠, 鎌田真一, 今野和彦
  • Organizer: 電子情報通信学会技術研究報告
  • Place of Presentation: 電気通信大学, 東京
  • Year and Date: 2008-04-25
• [Presentation] 塑性変形した金属棒の内部状態と検出された非線形超音波成分との関係 (2008)
  • Author(s): 福田誠, 鎌田真一, 今野和彦
  • Organizer: 電子情報通信学会技術研究報告
  • Place of Presentation: 電気通信大学
  • Year and Date: 2008-04-25
• [Book] DETECTION OF HARMONIC COMPONENTS GENERATED.FROM CREPT METAL ROD USINGA DOUBLE-LAYEREID PIEZOELECTRIC TRANSDUCER SYSTEM, in "Acoustical Imaging Vol.29" (2008)
  • Author(s): Makoto Fukuda, Morimasa Nishihira and Kazuhiko Imano
  • Publisher: Springer Science+Business Media B. V.
• [Remarks] 研究代表者所属研究室ホームページ
  • URL: http://www.imano-lab.ee.akita-u.ac.jp/
• [Remarks]
  • URL: http://www.imano-lab.ee.akita-u.ac.jp/achiv.html
• [Remarks]
  • URL: http://www.imano-lab.ee.akita-u.ac.jp/achiv.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] 超音波を用いたボルトの締め付け状態評価システム (2009)
  • Inventor(s): 今野和彦, 福田誠
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人秋田大学
  • Industrial Property Number: 2009-043657
  • Filing Date: 2009-02-26
• [Patent(Industrial Property Rights)] 超音波を用いたボルトの締め付け状態評価システム (2009)
  • Inventor(s): 今野和彦, 福田誠
  • Industrial Property Rights Holder: 秋田大学
  • Filing Date: 2009-02-26