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2018 Fiscal Year Annual Research Report

Non-destructive and non-contact damage detection in transparent high polymer materials based on laser excitation and high-speed polarization camera

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,固液界面で使用される,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)の損傷検出は,カメラなどにより製造工程において検出する手法が実用化されている.しかし,これらの手法では,実際の使用環境における透明体材料の機械的性質の同定や損傷検出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出を非接触非破壊で実現する.
平成30年度は,(1)透明高分子材料の十数マイクロメートル程度のひっかき傷の検出,(2)モーメントレーザーパルス加振,(3)水中構造物の制振,その他の応用関連研究として(4)金属材料へのLamb波の生成,(5)ウェーブレット解析による損傷検知手法について検討した.国際的な研究論文雑誌に,(1)は投稿準備中であり,(2)~(5)は掲載決定となった.(1)では,まずはじめにレーザーパルス加振により透明高分子材料で構成された薄板に,弾性波の一種であるLamb波の0次のSモードを生成する.そして,偏光高速度カメラで可視化されたLamb波の伝播を観察することで,十数マイクロメートル程度のひっかき傷の検出に成功した.(2)では,レーザーパルス加振を用いることでモーメントを入力とした周波数応答関数計測に成功した.(3)では,水中構造物に高分子材料を減衰材として貼付し,これの制振性能評価に成功した.この他,透明体材料の動的粘弾性率の同定を検討していき,国際的な研究論文雑誌に投稿する予定である.

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (17 results)

All 2019 2018

All Journal Article (10 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 10 results,  Open Access: 10 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Frequency response function measurements of rotational degrees of freedom using a non-contact moment excitation based on nanosecond laser ablation2019

    • Author(s)
      Naoki Hosoya, Shota Ozawa, and Itsuro Kajiwara
    • Journal Title

      Journal of Sound and Vibration

      Volume: In press Pages: In press

    • DOI

      In press

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Design of dielectric elastomer actuators for vibration control at high frequencies2019

    • Author(s)
      Itsuro Kajiwara, Shigeki Kitabatake, Naoki Hosoya, and Shingo Maeda
    • Journal Title

      International Journal of Mechanical Sciences

      Volume: In press Pages: In press

    • DOI

      In press

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Balloon dielectric elastomer actuator speaker2019

    • Author(s)
      Naoki Hosoya, Hiroaki Masuda, and Shingo Maeda
    • Journal Title

      Applied Acoustic

      Volume: 148 Pages: 238-245

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.apacoust.2018.12.032

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Deformable motor driven by dielectric elastomer actuators and flexible mechanisms2019

    • Author(s)
      Ayato Minaminosono, Hiroki Shigemune ,Yuto Okuno, Tsubasa Katsumata, Naoki Hosoya, and Shingo Maeda
    • Journal Title

      Frontiers in Robotics and AI

      Volume: 6 Pages: -

    • DOI

      https://doi.org/10.3389/frobt.2019.00001

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Evaluation of the clamping force of bolted joints using local mode characteristics of a bolt head2018

    • Author(s)
      Naoki Hosoya, Takahiko Hosokawa, Itsuro Kajiwara, Shinji Hashimura, and Feblil Huda
    • Journal Title

      Journal of Nondestructive Evaluation

      Volume: 37 Pages: 75

    • DOI

      https://doi.org/10.1007/s10921-018-0528-7

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Dielectric elastomer actuators with carbon nanotube electrodes painted with a soft brush2018

    • Author(s)
      Hiroki Shigemune, Shigeki Sugano, Jun Nishitani, Masayuki Yamauchi, Naoki Hosoya, Shuji Hashimoto, and Shingo Maeda
    • Journal Title

      Actuators

      Volume: 7 Pages: -

    • DOI

      https://doi.org/10.3390/act7030051

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Damage detection in pipes based on acoustic excitations using laser-induced plasma2018

    • Author(s)
      Itsuro Kajiwara, Ryosuke Akita, and Naoki Hosoya
    • Journal Title

      Mechanical Systems and Signal Processing

      Volume: 111 Pages: 570-579

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2018.04.004

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [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
  • [Journal Article] , Lamb wave generation using nanosecond laser ablation to detect damage2018

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

      , Journal of Vibration and Control

      Volume: 24 Pages: 5842-5853

    • DOI

      https://doi.org/10.1177/1077546316687904

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Assessment of Dynamic Young’s Modulus and Damping Ratio of Bamboo Fiber Reinforced Polymer Composites using Shock Wave2019

    • Author(s)
      Kengo Yamamoto, Akito Takasaki, and Naoki Hosoya
    • Organizer
      The 15th IFToMM World Congress
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Visualization of Lamb waves propagating in transparent materials using high-speed camera2018

    • Author(s)
      Tsubasa Katsumata, Naoki Hosoya, Atsushi Kanda, and Itsuro Kajiwara
    • Organizer
      The 5th Asia-Pacific Conference on Engineering and Applied Sciences
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Measurements on soft materials2018

    • Author(s)
      Naoki Hosoya
    • Organizer
      The first IEEE-RAS International Conference on Soft Robotics
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] レーザー誘起プラズマで生成された衝撃波によるインパルス加振を用いた透明高分子材料へのLamb波生成2018

    • Author(s)
      勝又翼,細矢直基,神田淳,梶原逸朗
    • Organizer
      日本機械学会 [No.18-64] 第17回評価・診断に関するシンポジウム
  • [Presentation] 実験モード解析による「太陽のタマゴ」の硬さ評価2018

    • Author(s)
      細矢直基,出西勇気,高橋健太郎,梶原逸朗
    • Organizer
      日本機械学会 [No.18-7] Dynamics and Design Conference 2018
  • [Presentation] DEAによる構造物の振動制御に関する研究(DEAの積層構成と制御効果の考察)2018

    • Author(s)
      平原隼人,梶原逸朗,前田真吾,細矢直基
    • Organizer
      日本機械学会 [No.18-7] Dynamics and Design Conference 2018
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 振動特性計測用の発射装置、加振力入力具、振動特性計測システム及び振動特性計測方法2018

    • Inventor(s)
      細矢直基,梶原逸朗
    • Industrial Property Rights Holder
      芝浦工業大学,北海道大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2018-125879

URL: 

Published: 2019-12-27  

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