2022 Fiscal Year Annual Research Report
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20K04955
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| Research Institution | National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology |
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Principal Investigator |
松沢 孝俊 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (00443242)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 氷の機械的性質 / 超音波応答 / 海氷構造 / 曲げ強度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和2年度及び令和3年度には、サロマ湖やウトロ港において実氷の採取を行い、その構造を観察してきた。いずれも元となる水は塩分を含んでいるため、氷にはブライン（凝縮された高塩分水）が含まれており、曲げ強度は純氷より低い値を示した。また、低温実験室にて海氷と同様の構造を持ち、かつスケールダウンされた機械的性質を示す模型氷の製氷方法を確立し、結晶構造が安定的に成長した最大厚さ50mm程度のサンプルを得られるようになった。令和4年度は、海氷のような構造を持つ氷に対する超音波応答を観察するため、複数条件の模型氷を製氷して、それらについて計測を行った。
氷の超音波診断のためには、氷中の音速を知る必要がある。ブラインを含む構造の海氷では音の伝わり方が複雑になり、結果的にブラインの量によって音速が変化すると推測した。ブラインの量は氷の強度と相関がある。そこで、厚さが既知である氷の試験片を製作し、音速を計測するとともに、曲げ試験機による３点曲げ試験を行なって相関を確認した。塩分が異なる3種類の擬似海水から製氷した模型氷について音速を計測すると、おおよそ純氷より低い値を示した。一般に、固体中より液体中の方が音速が遅く、ブラインは液体であり、海氷にはブラインが一定量含まれることから、結果は妥当である。定性的には確認できたが、塩分が2%と3%の模型氷で違いは見られなかった。曲げ強度も差は少なく、計測時の温度管理が精確でなかったことの影響と考える。一方、各試験片についてエコーグラフ（時間軸に対する音圧強度の変化）を描いて比較した。模型氷では氷とブラインの境界で擾乱が生じ、純氷に比べて非常に複雑なグラフになる。このことは定性的に確認できたが、より詳しく関係性を把握するためには、ブラインの分布やサイズの情報が必要になる。MRI等の手法が有効であり、今後そうした分析を行うことが望ましい。
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