2017 Fiscal Year Research-status Report
塗膜厚さの影響を排除する超音波探触子の開発に関する研究
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16K06907
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| Research Institution | Japan Coast Guard Academy (Center for Research in International Marine Policy) |
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Principal Investigator |
前田 正広 海上保安大学校(国際海洋政策研究センター), 国際海洋政策研究センター, 准教授 (70173713)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉川 孝男 九州大学, 工学研究院, 教授 (50380572)
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| Project Period (FY) |
2016-10-21 – 2019-03-31
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| Keywords | 超音波探傷 / 塗膜 / 数値シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
通常，超音波探傷を行う際には，試験体の表面には塗膜がない状態で実施される。船舶の定期点検時などでは，すでに塗装がされている状態での探傷が必要となるが，塗膜面からの探傷は困難なため塗膜を取り除いて探傷することになり，多大の労力が必要となる。塗膜のある状態での探傷が可能となれば，定期点検時での全船での探傷も可能となり，船舶の信頼性は大幅に向上することになる。これまで，塗膜面からの探傷ができなかったのは，欠陥からの反射波の大きさが塗膜厚さによって非線形に変化することが原因であった。
垂直探傷法における反射波の非線形な変化の原因は，塗膜と鋼製試験体とのインピーダンスの違いにより，両者の界面で透過波のほかに反射波が生じ，反射波は塗膜内で複数回反射した波と透過波との間に干渉が生じ，その結果，計測される超音波のピーク値が塗膜厚さにより非線形に変化することを数値シミュレーションで明らかにした。
斜角探傷では，探触子からの超音波（縦波）が試験体に対して45度から60度の角度で入社し，試験体表面で横波にモード変換し，欠陥で反射した超音波が探触子表面で再び縦波にモード変換した波を探触子で計測することになるが，塗膜がある場合には，塗膜内で複数回反射した波と透過波との間に干渉が生じるだけでなく，探触子と塗膜および塗膜と試験体との界面で縦波から横波，横波から縦波へのモード変換が複数回生じ，横波と縦波の伝播速度の違いからそれぞれの波の間で干渉が生じて，より複雑な波形となること数値計算で確認した。
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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
垂直探傷法では，塗膜と鋼製試験体とのインピーダンスの違いにより，両者の界面で透過波のほかに反射波が生じ，反射波は塗膜内で複数回反射した波と透過波との干渉が生じ，その結果，計測された超音波のピーク値が塗膜厚さによって非線形に変化する。
そこで，探触子と塗膜の間に塗膜と同じインピーダンスを持つ物質（干渉防材）を配して塗膜内で反射した波と塗膜を透過した波の到達時間に差をつけて，両者の干渉影響を排除する方法の有用性を数値シミュレーションで確認した。
斜角探傷法では，探触子と塗膜および塗膜と試験体との界面で縦波から横波，横波から縦波へのモード変換が複数回生じ，横波と縦波の伝播速度の違いからそれぞれの波の間で干渉が生じて，より複雑な波形となり，垂直探傷で採用する干渉防止材だけでは目的を達成できないため，超音波の計測波形の非線形影響を排除する方法について検討している。
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| Strategy for Future Research Activity |
塗膜厚さによる超音波の計測波形の非線形影響を排除する方法を提案して塗膜のある状態で超音波探傷を精度よく行える計測技術を構築する。このためには，計測波形から塗膜内で複数回反射した成分や，塗膜のない状態でのモード変換と異なるモード変換した成分を分離，除去することが必要となるが，塗膜のインピーダンスや塗膜厚さが分かれば，数値計算などを援用してそれらの成分を計算することができ，計測波形から差し引くことは可能である。数値計算の精度は塗膜のない場合においては極めて精度が良いことを試験との比較で確認しており，塗膜のある状態での精度についても確認したのち，必要であればシミュレーション手法の見直しを行う。また，塗膜厚さおよび塗膜のインピーダンス評価についても，これらをパラメータとして計算結果をもとに試験における計測波形から逆解析する手法を構築する。この逆解析手法についてはニューラルネットワークを用いて計測波形から欠陥性状を逆解析で実現できると考えている。
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| Causes of Carryover |
探触子および試験体の有限要素モデル作成用の大画面デイスプレイを購入予定であったが，助成金残額では予定の製品を購入することができなくなり，次年度に購入することとした。
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