2016 Fiscal Year Research-status Report
老朽化社会インフラのための応力聴診器を用いた欠陥及びボルト締結緩み検出技術の研究
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16K01301
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| Research Institution | Tokyo National College of Technology |
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Principal Investigator |
志村 穣 東京工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (70390424)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
林 丈晴 東京工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (70637264)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 緩み検出 / ボルト締結体 / 応力聴診器 / 打撃加振 / 軸力 / 動ひずみ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
初年度は応力聴診器とハンマーによる打撃加振を併用したボルト締結体の緩み検出の可能性を検討した。まず，実構造物中に用いられる添接板を介した複数のボルト・ナット締結状態を実験室レベルに簡略化することとし，任意寸法の板を一組のボルト・ナットで締結した簡易モデルを設定し調査対象とした。
実験装置は簡易モデル，打撃加振装置および測定系等から構成されている。簡易モデルを設置するための構造要素として，市販のはり構造力学試験装置を，測定系はハンドヘルド型動ひずみ計とPCを用いた。打撃加振装置は回転自由な支持点を伴う支柱とその先端にハンマーヘッドを取り付けた構造体を，電磁マグネットの磁力で把持，自由落下させる仕組みとなっている。
ボルト締結体の緩みは，その軸力の変化に起因すると考えられるため，予備実験として，締付トルクと軸力との関係を調査した。具体的には，簡易モデルを対象に，ボルトゲージを埋め込んだボルトを任意トルクで締め付け，その際のひずみを計測し，軸力へと換算するものである。締付トルクと軸力にはある範囲で線形性を有することが確認され，トルクレンチによるトルク負荷から軸力を推定することが可能となった。これにより，ボルト締結体の締め付け，あるいは，ゆるみ状態を数値化し，本実験である打撃加振と応力聴診器による動ひずみ測定を実施することとした。
本実験としてまず最初に，ボルトの軸力がボルト締結部周辺のひずみ時間変動に及ぼす影響を検討した。軸力およびボルト締結位置と応力聴診器の設置点との距離を管理しながら，ボルトヘッド，もしくはその周辺部を打撃加振し，その際のひずみの時間変動を計測した．その結果，ボルト締結体がゆるみ状態に近くづくほど，ひずみ波形の減衰率が増加することがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度計画していた研究内容は「応力聴診器と打撃加振を併用したボルト締結体の緩み検出の試み」である。実験装置の考案，製作から始め，ボルトゲージ埋込ボルトを用いた予備実験，試作実験装置による動ひずみ測定実験を実施したところ，ボルト締結体の緩み検出の可能性を示唆する有意義な成果を得ることができた。この研究成果をもとに学会での口頭発表に臨むことができたことからも，本研究の進捗度は概ね順調であると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今回試作した実験装置を用いて一通りの実験が可能であることが確認されたため，今後は様々なパラメータを考慮し，実験データの蓄積を図りたい。ただし，実験装置には改良の余地があるため，こちらも並行して検討する予定である。
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| Causes of Carryover |
本研究は，応力聴診器を用いて動ひずみを測定することが主要であり，高精度なデータを得るために，当初は動ひずみ測定器の更新を視野に入れていた。しかしながら，実験装置の考案，製作から始め，簡易モデルを対象にした基礎的な実験に留めたために，既存の動ひずみ計の使用に妥協することとした。これにより，新規の動ひずみ測定器購入分の物品費相当が翌年度に持ち越されることとなった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度使用額としての経費は，動ひずみ測定器の購入費として詳細かつ慎重に検討するが，現状の実験に対して既存のもので対応可能と判断できれば，今年度に購入を予定していた物品への財源として充てることを考慮している。今年度予定していた購入物品は波形解析装置であり，本研究を遂行する上で肝要な設備備品であるため，余裕をもって機種を選択できることは有益であると考えている。
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