2019 Fiscal Year Annual Research Report
Noninvasive and noncontact measurement of elastic constants of solid using ultrasonic wave field visualization
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18K18885
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
中畑 和之 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 教授 (20380256)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 音響異方性 / レーザー / 弾性定数 / 光音響 / 非接触・非踏襲 / 逆解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，部材表面を伝搬する超音波を可視化し，その可視化結果から逆解析によって弾性定数を求める方法を提案し，それを検証することを目的とする．R1年度は，以下の項目について実施した．
（1）波動伝搬の相反性を利用したWavefield可視化法の開発．前年度に，超音波伝搬を可視化するためにレーザードップラー振動計(LDV)を利用したスキャンシステムを構築した．ここでは，波動伝搬の相反性を利用した新しいシステムを構築した．具体的には，パルスレーザーを材料に照射し，熱弾性効果によって内部に超音波（光音響波）を発生する．レーザー照射点を移動（スキャン）しながら，一点に固定した超音波センサで受信していき，波動の相反性を利用してあたかも超音波センサから波動が発振したように可視化するシステムである．これを光音響計測法と呼ぶ．同じ対象物についてWavefield可視化を行い，LDV計測法と比較することで光音響計測法の妥当性を検証した．
（2）等方性材料および異方性材料の弾性定数推定．等方性材料としてアルミニウム，異方性材料としてCFRPプリプレグの弾性定数を求めた．この弾性定数の妥当性を検証するために，それぞれの数値モデルを作成し，FEMを用いて波動伝搬を可視化した．これを実際の供試体の表面を伝搬する波動と比較したところ，波動の拡がりや速度が良好な一致を示した．
（3）非接触センシングのための空気伝搬超音波プローブの適用．空気伝搬超音波プローブ（以下，エアプローブ）を適用し，非接触で超音波を固体内に入射させることを試みた．これをLDV計測法と組み合わせることで，完全非接触Wavefield可視化システムを構築できる．しかし，エアプローブから発生した超音波が固体内に入射するエネルギーが非常に小さく，S/Nが芳しくなかった．そこで，光音響計測法にエアプローブを適用することを試みた．
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