2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development of air-coupled ultrasonic testing for efficient nondestructive inspection of civil structures
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15K14019
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
廣瀬 壮一 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 教授 (00156712)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
古川 陽 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 助教 (60724614)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 空気超音波 / 最適設計 / ダイシング技術 / 有限要素法 / 非接触非破壊検査 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，最近注目を集めている非破壊探傷手法である空気超音波法に対して，最適な超音波探触子の設計・製作を行い，実際の土木構造物の検査において有効な探傷条件を構築することである．空気超音波法は非接触で検査を行うことができ，効率的な検査が可能であるが，空気と固体の音響インピーダンスの差が大きいため，これまで十分な送受信感度が得られず，その適用範囲は複合材料などに限定されてきた．空気超音波探触子では振動子である圧電体-空気間での大きな音響インピーダンス差を緩和するために整合層と呼ばれる材料を挿入するが，本研究では数値シミュレーションによって最適な整合層を設計することにより，高出力・高受信感度の探触子を設計し，空気超音波法の性能向上を図るものである．
平成28年度は，平成27年度の課題として残されていた超音波波形の不安定性の問題を有限要素法解析における減衰項の導入によって解決した．そして，ダイシング技術を用いた形状加工によって整合層を持つ空気探触子の超音波送受信のシミュレーションを行い，整合層の最適化を図った．最適化した整合層を持つ探触子と市販の探触子(ダイシングによる形状加工無し)を用いて得られた2つの波形の最大振幅の比を送受信の感度増幅率とすると，数値シミュレーションによって，送信及び受信における感度増幅率がそれぞれ2.59倍，2.69倍となることが予測された．
シミュレーションによる最適設計の結果に基づいて探触子を試作し，超音波の送受信実験を実施した．その結果，感度増幅率は送信で1.63倍，受信で2.21倍となることがわかった．数値シミュレーションによって予測された感度ほどの性能は得られなかったが，ダイシングによる整合層の形状加工による空気探触子の送受信感度の向上を確認することができた．
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