パルス励磁渦電流探傷のための高精度過渡応答解析手法の開発

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11650302
• Research Institution: Fukuyama University
• Principal Investigator: 坪井 始 福山大学, 工学部, 教授 (70116482)
• Keywords: 渦電流探傷 / パルス励磁 / 非破壊検査 / 電磁界解析 / 数値解析手法

Research Abstract

昨年度開発した二次元節点要素有限要素法および三次元辺要素有限要素法による過渡応答渦電流解析プログラムを、高精度計算が要求されるパルス励磁による渦電流探傷に適用し、開発した手法の適用性を確認した。すなわち、最も実用性が高いと考えられる時間軸の差分近似を用いた数値積分による手法(差分近似法)とフーリエ変換法による解析的に時間軸の積分を行う手法(フーリエ変換法)をパルス励磁渦電流探傷問題に適用し、実験結果と比較することにより、これらの手法の適用性、計算精度の評価を行った。その結果、二次元節点要素有限要素法および三次元辺要素有限要素法の両有限要素法は同様な傾向を示すことがわかり、詳細な時間軸近似法の精度の検討は二次元節点要素有限要素法を用いて行った。空間分割を十分細かくした場合には、差分近似法、フーリエ変換法の両手法とも高精度に解が得られることがわかった。しかし、空間分割が粗い場合には誤差の現れ方が異なり、差分近似法では振幅に誤差が生じ、フーリエ変換法では高周波成分が多く含まれる入力波形(励磁波形)に対して非物理的な振動が解に重畳することがわかり、その発生要因を明らかにした。そこで、入力波形の継続時間および周波数スペクトラムから、高精度解析のための差分近似法の時間ステップ幅の決め方、フーリエ変換法の基本周期および標本化点数の決定法を確立した。
また、渦電流問題だけでなく、電磁波問題や連成問題の過渡応答解析に対して境界要素法、積分方程式法に適用する場合につても検討し、開発した過渡応答解析手法を有限要素法、境界要素法、積分方程式法に適用する場合について、計算時間、記憶容量、計算精度の観点から体系的に評価した。さらに、パルス励磁の正弦波励磁に対する優位性、パルス励磁用プローブ評価における問題点等について検討した。

Research Products

• [Publications] 坪井始: "パルス励磁渦電流探傷の有限要素解析"電気学会研究会資料. SA-00-7 RM-00-72. 37-42 (2000)
• [Publications] Hajime Tsuboi: "Computation Results of the TEAM Workshop Problem 7 by Finite Element Methods Using Tetrahedral and Hexahedral Elements"Journal of Materials Processing Technology, Elsevier. 108・1. 237-240 (2001)
• [Publications] 坪井始: "パルス励磁渦電流探傷の数値解析と実験結果の比較"平成13年電気学会全国大会講演論文集. 第5分冊. 1978-1979 (2001)
• [Publications] Hajime Tsuboi: "Finite Element Analysis of Pulsed Eddy Current Testing"Electromagnetic Nondestructive Evaluation (V), J.Pavo et al. (Editors), IOS Press. (掲載決定). 8 (2001)
• [Publications] Hajime Tsuboi: "Adaptive Mesh Generation for Edge-Element Finite Element Method"Journal of Applied Physics, American Institute of Physics. (掲載決定). 3 (2001)
• [Publications] Szabolcs Gyimothy: "Comparison of some Transient Eddy-Current Codes and Measured Data"Proceedings of the 13th Conference on Computation of Electromagnetic Fields, Evian, France, July 2-5,2001. (掲載決定). 2 (2001)