超高速ビデオカメラを用いた画像解析と数値解析による亀裂進展過程の検証

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14750394
• Research Institution: Kinki University
• Principal Investigator: 沖中 知雄 近畿大学, 理工学部, 講師 (90298985)
• Keywords: 超高速撮影 / PIV / 衝撃破壊試験 / 亀裂進展過程 / ガウス粒子

Research Abstract

毎秒100万枚撮影可能な超高速デジタル式ビデオカメラを用いて衝撃破壊試験での亀裂進展過程を撮影,亀裂先端域での挙動を画像解析により解明することを試みた.物体表面に粒子をマーキングし,粒子の動きを検出する事により亀裂進展時の先端領域での変位場,ひずみ場を測定し,物体の挙動を解明することが目的である.
変位場,ひずみ場の測定精度は,粒子の検出精度に依存する.そこで本研究では,濃度分布がガウス分布に従う粒子(以下ガウス粒子)を用いることを検討した.光電変換部位置に記録される輝度と粒子の中止位置,ガウス分布の標準偏差の関係を最適化問題として解くことにより,コンピューター上のシュミレーションでは粒子の検出精度を0.01画素程度まで向上させることに成功した.実験ではノイズ,画素の感度特性,光電変換部の形状等の影響が含まれるため,粒子の検出精度は低下するが,0.1画素程度の検出精度は期待できるものと言える.
本研究では,先ず試験体の材料として石膏を使用し,40×40×160mm^3のブランケツト型供試体を作成,錘落下試験により衝撃的に破壊した.作成材料として石膏を採用したのは,石膏が加工しやすく,表面が平滑であるためにマーキングが容易である,と言う特性を持っためである.石膏供試体表面に感光剤を塗布,別途撮影したガウス粒子のネガを焼き付けることにより,供試体表面にガウス粒子の焼付けを行った.超高速デジタル式ビデオカメラにより撮影された画像から,粒子中心位置を検出,その動きを追うことにより変位場,ひずみ場を計算した.
来年度以降,本年度に行った実験を有限要素解析を用いて検証し,本年度に測定された変位場,ひずみ場の精度を検証する.