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2017 Fiscal Year Annual Research Report

レーザーパルス加振と偏光高速度カメラによる透明高分子材料の非接触非破壊損傷検知

Research Project

Project/Area Number 16H04291
Research InstitutionShibaura Institute of Technology

Principal Investigator

細矢 直基  芝浦工業大学, 工学部, 教授 (40344957)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 前田 真吾  芝浦工業大学, 工学部, 准教授 (40424808)
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Keywordsレーザー誘起プラズマ / 複屈折 / 衝撃波 / 弾性波 / 透明体材料
Outline of Annual Research Achievements

液晶ディスプレイに使用される位相差フィルムなど,複屈折性を有する光学用の透明な高分子材料(透明体材料)の機械的性質の同定や損傷検知は,カメラなどにより製造工程において検知する手法が実用化されている.しかし,これらの手法では,実際の使用環境(気体中や液体中など)における透明体材料の機械的性質の同定や損傷検知を非接触非破壊で実現できない.
本研究では,レーザー誘起プラズマ(Laser-induced Plasma: LIP)による衝撃波を用いたレーザーパルス加振により,透明体材料に非接触非破壊で弾性波(応力波)を生成する.そして,この弾性波の伝播を偏光高速度カメラによる複屈折計測に基づき可視化する.弾性波の伝播速度やその分布などを観察することにより,実際の使用環境における透明体材料の機械的性質の同定や損傷検知を非接触非破壊で実現する.
平成29年度は,(1)透明体材料の動的弾性率の同定,(2)LIP衝撃波による金属材料への弾性波の生成及び可視化,(3)LIP衝撃波による透明体材料への弾性波の生成及び可視化,(4)透明体材料の非接触非破壊損傷検知,(5)透明体材料による水中構造物の制振,(6)ウェーブレット解析による損傷検知手法を実施し,(2)と(6)については,英文論文(オープンアクセス)として発表した.
本研究において(3)と(4)を実現するために,まず,はじめに(2)を検討した.(2)では,高出力Nd:YAGパルスレーザーを対象構造物の加振点近傍に照射することでLIPを形成し,そのプラズマが周囲に高速で膨張する際に生じた衝撃波が,対象構造物に対するインパルス加振力として作用する.本手法を用いることで,400 kHzまでの周波数成分が含まれるLamb波のA0モードを非接触非破壊で生成できることがわかった.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

平成29年度は,(1)透明体材料の動的弾性率の同定,(2)LIP衝撃波による金属材料への弾性波の生成及び可視化,(3)LIP衝撃波による透明体材料への弾性波の生成及び可視化,(4)透明体材料の非接触非破壊損傷検知,(5)透明体材料による水中構造物の制振,(6)ウェーブレット解析による損傷検知手法の6項目について実施した.(1)については,透明体材料に伝播する波動を偏光高速度カメラで可視化し,その波動伝播を解析することで動的弾性率の推定に成功した.この動的弾性率により透明体材料の損傷などを検知できるようになる.(2)については,LIP衝撃波により弾性波を生成しこれを可視化できることを,あえて金属材料を対象として実施した.本内容は,既に英文論文(オープンアクセス)として公表された.(3)と(4)については,(2)により得られた知見を透明体材料に適用したものである.本検討により,透明体材料の表面にあるひっかき傷の検知に成功した.(5)については,透明体材料の応用範囲を拡大するために実施したものである.(6)は,ウェーブレット解析を用いることで,損傷検知の効率化を検討したものであり,既に英文論文(オープンアクセス)として公表された.したがって,本研究はおおむね順調に進展している.

Strategy for Future Research Activity

気体中及び液体中における透明体材料の非接触非破壊での機械的性質の同定及び損傷検知を検討する.LIP衝撃波加振により,実際の使用環境(気体中及び液体中)にある透明体材料に非接触非破壊で弾性波を生成し,偏光高速度カメラによる複屈折計測に基づき,透明体材料に伝播する弾性波と媒質に伝播するLIP衝撃波を分離することで,透明体材料の非接触非破壊での機械的性質の同定及び損傷検知の実現する.また,本手法の適用範囲を拡大するために,半透明体材料への適用を試みる.
「現在までの進捗状況」で記載されている,(1)透明体材料の動的弾性率の同定,(3)LIP衝撃波による透明体材料への弾性波の生成及び可視化,(4)透明体材料の非接触非破壊損傷検知,(5)透明体材料による水中構造物の制振について,検討を追加することで,英文論文として公表することを目指す.

  • Research Products

    (7 results)

All 2018 2017

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] Non-contact and non-destructive Lamb wave generation using laser-induced plasma shock wave2018

    • Author(s)
      Naoki Hosoya, Atsushi Yoshinaga, Atsushi Kanda, and Itsuro Kajiwara
    • Journal Title

      International Journal of Mechanical Sciences

      Volume: 140 Pages: 486-492

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2018.03.023

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Dynamic characterizations of underwater structures using noncontact vibration tests based on nanosecond laser ablation in water: evaluation of passive vibration suppression with damping materials2018

    • Author(s)
      Naoki Hosoya, Itsuro Kajiwara, Koh Umenai, and Shingo Maeda
    • Journal Title

      Journal of Vibration and Control

      Volume: 24 Pages: 3714-3725

    • DOI

      https://doi.org/10.1177/1077546317710158

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Structural health monitoring based on laser excitation vibration test and wavelet transform2017

    • Author(s)
      Shanshan Cao, Itsuro Kajiwara, Xisheng Lia, Naoki Hosoya
    • Organizer
      2017 Eleventh International Conference on Sensing Technology (ICST)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Bolt loosening diagnosis by measuring vibration responses excited by laser induced plasma2017

    • Author(s)
      Mayank Pratap Singh,Itsuro Kajiwara,Naoki Hosoya
    • Organizer
      The 17th Asian Pacific Vibration Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Excitation system based on laser-induced plasma to generate Lamb wave2017

    • Author(s)
      Naoki Hosoya,Atsushi Yoshinaga,Atsushi Kanda,Ryosuke Umino,Itsuro Kajiwara
    • Organizer
      International Conference on Engineering Vibration 2017
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] レーザーアブレーションを用いたLamb波の生成(金属チップによる損傷防止)2017

    • Author(s)
      吉永敦、奥村洋平、細矢直基、神田淳、岩﨑紗綾、梶原逸朗
    • Organizer
      [No.17-13]Dynamics and Design Conference 2017
  • [Presentation] レーザーを用いた音響加振に基づく閉空間内の異物検知2017

    • Author(s)
      小田一心、梶原逸朗、細矢直基
    • Organizer
      [No.17-13]Dynamics and Design Conference 2017

URL: 

Published: 2018-12-17  

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