2019 Fiscal Year Research-status Report
Construction of omni-directional elastic modulus evaluation system using lamb wave for fabric
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18K02218
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
赤坂 修一 東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (00501066)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
牛腸 ヒロミ 実践女子大学, 生活科学部, 教授 (80114916)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ラム波 / 弾性率 / 織物 / 力学物性 / 直交異方性材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、経糸（縦糸）と緯糸（横糸）を織り合わせた直交異方性材料である織物について、ラム波を用いて力学特性を計測する装置を組み立て、非破壊・微小ひずみでの弾性率の異方性を評価することを目的としている。ラム波は、平板中を伝搬する弾性波（ガイド波）の一種であり、変形が対称なSモードと反対称なAモードがあり、それぞれに基本モードと高次モードがある。各伝搬速度が、材料の力学物性（引張・せん断弾性率、ポアソン比）や密度に依存するため、伝搬速度から、力学物性が得られる。
昨年度、音波による測定システムを構築し、織物について、15°間隔で面内各方向の引張弾性率を得ることができた。ホワイトノイズを入射し、レーザードップラー振動計、FFTアナライザを用いて、各方向に対して0.5mm間隔で、各位置の面外方向の振動速度振幅の周波数依存性を得た。その後、空間フーリエ変換により、伝搬速度を算出し、直交異方性材料中の反対称・基本（A0）モードのラム波の伝搬速度式にフィッティングすることで弾性率を算出した。しかし、この方法では、定在波の発生周波数でのみデータが得られ、解析に用いるデータ数が制限される。
そこで、本年度は、測定・解析精度の向上のため、測定システムと解析方法の改良を行った。入射信号をスイープサイン波に変更し、これをトリガーとして、振動速度振幅の位置－時間分布を得た。その後、二次元フーリエ変換により、伝搬速度の周波数依存性を得た。また、測定システムの変更に伴い、測定・解析プログラムも変更した。この改良により、定在波以外の周波数でもラム波の観測が可能となり、改良前に比べて、幅広い周波数域で、より多くのデータが取得でき、解析精度を向上させることができた。また、さらに広い周波数域での測定が可能になれば、引張弾性率以外の力学物性（せん断弾性率やポアソン比）も得られることが示唆された。
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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
１－２年度の計画として、ラム波の自動測定システムの構築と全方位弾性率の解析方法の確立を行うこととしていた。初年度に、自動測定システム、解析手法のベースができ、今年度、測定・解析手法の改良を行ったことで、当初の計画通りといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
１－２年度において、音波を加振源とした自動計測システムの構築、引張弾性率の解析手法の確立を行った。
最終年度は当初の計画通り、既存の評価装置との比較、専用治具による張力の影響の検討を行う。これまで、本測定により得られた弾性率が妥当かどうかについては、研究室で保有する動的粘弾性測定装置を用いて、経糸、緯糸方向の引張弾性率を測定し、検討してきたが、それ以外の方向は測定できないため、検討できていない。複数の試験布について、外部機関による既存の評価装置（二軸引張試験機、KESなど）での測定結果と比較を行い、本測定システムの妥当性、また測定法による違いについて検討する。張力の影響については、現在、測定サンプルは、金属枠に固定しているが、織物の場合、張力により経糸、緯糸の角度が変化し、弾性率が変化する可能性がある。そこで、張力を変化させたときの構造、弾性率の変化について検討する。
さらに、本年度の改良により得られた知見から、測定可能周波数範囲を広げることで、より精度の高い解析が可能となり、また、引張弾性率以外の力学物性（せん断弾性率やポアソン比）も得られることが示唆された。そこで、加振器、超音波素子を用いて、より広い周波数範囲の測定を行う。
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| Causes of Carryover |
本年度は、主に、昨年度構築した音波による測定システムと解析手法の改良を行った。改良に伴い、測定装置を変更したが、すでに保有している装置を用いたこと、また、初年度に購入した消耗品を使用したため、消耗品での使用が予定より少なかった。研究成果については、国内学会で4件発表したが、東京での開催などが理由で旅費が不要であった。以上の理由により、次年度使用が生じた。
次年度は、外部機関での計測、サンプル治具の作成が予定されている。外部機関での計測については、より多くのサンプルで計測可能となれば、精度の良い検討が可能となる。さらに本年度の研究結果から、周波数域を広げた実験を行う予定であり、超音波素子が必要となるため、外部機関での試験費用、超音波素子等の購入費用に使用する。また、現在、新型コロナの影響で各学会行事の開催が未定であるが、研究成果は積極的に発表する予定であり、参加費、旅費として使用する
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Research Products
(3 results)
