Structural health monitoring of layered structure by the frequency response functions of layers
| Project/Area Number |
21K03946
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 20010:Mechanics and mechatronics-related
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
河村 庄造 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00204777)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2023: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | 振動工学 / 健全性評価 / 簡易診断 / 伝達率関数 / 外力同定 / モード解析 / 層間周波数応答関数 / 周波数応答関数 |
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| Outline of Research at the Start |
機械や構造物の健全性評価は非常に重要な技術課題である．本研究では，階層構造物を対象とし，初めに特定階層を加振したときの各階層の応答を測定して健全性評価を行う手法を確立する．このとき，(a) 構造物の階層間の周波数応答関数(FRF)を評価することで，異常発生の検出と同時に異常の発生場所を特定する方法，(b) 階層間のFRFデータを利用して各階層の特性同定を行い，異常の程度を推定する方法を確立する．初めに数値シミュレーションで提案手法の妥当性を様々な観点から検証し，その後，実験によって適用性を確認する．さらに風などによる常時微振動データを用いた健全性評価に展開する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
機械や構造物の健全性評価は，持続可能社会の実現のために非常に重要な技術課題である．
令和3年度は，階層構造物(高層ビルなど)を対象とし，特定の階層を加振した場合の各層の応答を測定して健全性評価を行う手法を構築した．具体的な考え方のポイントは，ある階層の応答を入力と見なすことにより，それより上の階層の特性値だけでFRFが定式化できることである．提案した手法を数値シミュレーションで検証したところ，良好な診断結果が得られた．このとき，実際の測定データに含まれるノイズの影響も考慮した．
令和4年度は，構築した手法を三層構造物に対して実験的に検証した．対象物の正常時の振動特性を再現できる数学モデルを構築する必要があるが，モデル化ができない非線形性などがあって完全に再現できる数学モデルを構築することはできない．そこで，正常時の実測データと数学モデルのデータの比率を用いて，異常発生時の実測データから数学モデルでのデータを推定する手法を提案し，その手法を用いて健全性評価を行ったところ，良好な診断結果が得られた．これらの成果を学術論文にまとめ，論文集に掲載された．
さらに新しい診断手法を構築した．その手法は，まず定期的に構造物を既知の励振力で加振し，応答を測定する．異常が発生して構造物の特性が変化すると応答の大きさが変化するが，それを，正常な構造物に仮想外力が作用して応答の大きさが変化したと考える点がポイントである．そして提案手法の妥当性を数値シミュレーションで検証したところ，良好な結果が得られた．そして新しく五層の階層構造物を製作し，実験的に検証中である．
また常時微振動を利用した健全性評価を実現するために必要な，不規則励振力の同定法を構築した．その手法を数値シミュレーションで検証したところ，良好な同定結果が得られた．さらに実験的に検証し，適用性も確認できたので，学術論文にまとめている．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
伝達率関数を用いた新しい手法の提案，数値シミュレーションによる妥当性の検証，実験による適用性の検証を完了し，学術論文として公表した．
外力同定を用いた別の手法の提案，数値シミュレーションによる妥当性の検証を完了し，実験的な検証を進めている．
不規則励振力の同定に関する研究成果を学術論文にまとめている．
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| Strategy for Future Research Activity |
最初に外力同定を用いた健全性評価手法を実験的に検証する．さらに運動方程式を直接用いて異常発生階層を推定する手法を構築し，数値シミュレーションと実験によって検証する．
令和5年度は補助事業期間の最終年度であるので，最後にこれらの手法を統合するとともに，特に数学モデルの精度が診断精度に及ぼす影響を調べ，それぞれの診断手法の適用性を明確にする．
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Report
(2 results)
Research Products
(3 results)
