3次元共振法による弾性係数計測システムの開発

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11650108
• Research Institution: Kansai University
• Principal Investigator: 林 武文 関西大学, 総合情報学部, 助教授 (90268326)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 妹尾 允史 三重大学, 工学部, 教授 (40023147) ; 松室 昭仁 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (80173889)
• Keywords: 弾性係数 / 共振法 / 計測システム / 自由振動 / ヒューマンインタフェース / 可視化 / 3次元コンピュータグラフィックス / 機械材料

Research Abstract

3次元共振法は、小型の立方体や円柱体試験片の複数の固有振動数から弾性係数を逆計算する方法であり、金属からセラミックスや複合材料に及ぶ広範囲の材料に対して、非破壊で極めて高精度の計測が可能である。また、弾性マトリックスの各要素を求めることにより、物質の結合エネルギーの評価や弾性異方性をもつ材料の機械的性質の評価にも適用可能である。しかし、基本振動から高次振動に至る固有振動数の正確な計測、モードの同定、および弾性係数の逆計算の処理が複雑であり、膨大な計測時間と経験を要するため、従来の静的な引張り・曲げ試験や一軸の曲げ・ねじり共振法と比較すると研究室レベルの利用に留まっている。本研究では、これらの3次元共振法の問題点を解決し、実用化が可能な計測システムの開発を目指した。システムを、固有振動数の計測、固有振動数の計算、モード同定の3モジュール構成とし、モジュール間のデータの受け渡しと制御方法を検討した。特に、モード同定のモジュールでは、対話処理と振動モードの可視化により、経験の浅い利用者にも試験片の固有振動数の測定と振動モードの同定作業が容易に行えるようにヒューマンインタフェースを構築した。これにより、弾性係数の計測に要する時間が大幅に短縮されたばかりでなく、共振ピークが欠落したり判別するのが困難な試験片に対しても、より正確な弾性係数の計測が可能であることを確認した。本システムは全てのデータ処理がパソコン上で行われており、ノートパソコンのシリアルポートに固有振動数の測定装置を接続することにより、ポータブルで安価な実用システムへの適用が期待される。

Research Products

• [Publications] 松岡,林,松室,妹尾: "3次元共振法による弾性係数計算システムの開発"日本機械学会第8回機械材料・材料加工技術講演会論文集. 36. 241-242 (2000)
• [Publications] 松室 他4名: "Mechanical Properties of TiN Films with the Preferred Orientations by Nano-Indentation Method"MATERIALS SCIENCE RESEARCH INTERNATIONAL. 6. 180-185 (2000)
• [Publications] 林武文(分担執筆)前川佳徳 編著: "新世代工学シリーズ「コンピュータグラフィックス」"オーム社. 185 (2001)