2021 Fiscal Year Research-status Report
Study on crack detection and stress intensity factor analysis using a stress stethoscope for countermeasures for aging infrastructure accidents
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20K05009
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| Research Institution | Suwa University of Science |
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Principal Investigator |
志村 穣 公立諏訪東京理科大学, 工学部, 准教授 (70390424)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高田 宗一朗 東京工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (30835517)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 応力拡大係数 / き裂検出 / ひずみ測定 / 応力聴診器 / ひずみゲージ / FEM解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題の実施内容は構造材料のき裂検出およびき裂の応力拡大係数解析の双方を含む．き裂検出研究では，構造材料に欠陥もしくはき裂を擬似的に付与した試験片に動的負荷を作用させ，応力聴診器を用いて動ひずみを検出することでき裂検出を試行するものである．昨年度はその比較対象の基礎研究として，切欠きを有する厚肉梁を採り上げ，固有振動の観点から研究を進めた．一方のき裂の応力拡大係数解析研究では，面内せん断型の変位様式（モードⅡ）を対象に，ひずみゲージを用いた解析手法，FEM解析手法および応力聴診器を用いた手法の三種に取り組んだ．試験片は薄板平板に対し，ワイヤーカット加工で所定のスリットを入れた引張せん断平板試験片を製作した．このスリットを擬似的にき裂と見なし，き裂先端付近のせん断ひずみを測定し，解析式を用いてモードⅡの応力拡大係数解析KⅡを算出した．ひずみゲージは2軸直交型（ゲージ長1mm）を，応力聴診器は3軸型（ゲージ長3mm）を用いた．FEM解析結果と外挿法を用いて理論値を求め，ひずみゲージによる場合，応力聴診器を用いた場合の応力拡大係数を誤差率という形で評価した．2軸直交型ひずみゲージの場合では，き裂先端に近いほど解析誤差が小さくなることが確認された．また，応力聴診器の場合はゲージ長が3mmであるため，ひずみゲージの時よりき裂先端から距離をある程度取った方が，解析精度が高くなる傾向が見られた．
今年度は応力拡大係数KⅡ解析研究を中心に進めた．擬似き裂の幅を0.3から0.13mmに小さくするとともに，試験片タイプを9種類に増やし，き裂間距離とき裂長さとの比が解析精度に及ぼす影響を調査した．その結果，2軸直交型ひずみゲージを用いた場合では，全ての試験片において±10％内の良好な解析精度が得られた．また，応力聴診器を用いた場合では一部の結果を除き，±10％内の解析精度が得られ，その有用性が示唆された．
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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
前述の通り，本研究課題はき裂検出およびき裂の応力拡大係数解析の二本柱である．昨年度の実施内容は，理論の確認，実践および実験方法の確立であったが，応力拡大係数解析研究において肝要となる擬似き裂試験片において改良点が見つかるとともに，今後の発展に繋がる有益な知見が得られた．くわえて，先行研究のひずみゲージ手法をトレースする中で，筆者らの新たなアイディアを導入する余地を見出すことができ，解析精度向上の可能性が期待された．今年度は研究成果の蓄積を目標に，試験片の改良や実験条件の追加を行った．現実により即したき裂を模擬するために，試験片へのスリット加工を0.13mmに変更しつつ，き裂間距離とき裂長さを変化させた試験片を9種類用意した．これにより，本提案手法の適用範囲が明らかとなり，応力聴診器を用いた解析手法においてもその可能性が示唆された．研究進捗状況としては，今年度の研究成果を3件，学会にて口頭発表することができており，概ね順調と言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
応力聴診器を用いた実験では，き裂先端と受感部（摩擦型ゲージ）との位置関係が重要であるが，現在の2.3mm厚の試験片では剛性不足とマグネットベースの磁力不足を感じる場合があった．そのため，今後は新たに3mm厚の試験片を用意し実験を進める予定である．また，ひずみゲージ手法では，せん断ひずみゲージの導入を検討する．これまで使用していた2軸直交型ひずみゲージに比べ，ゲージサイズが小さくなるため，き裂先端に貼付する際に自由度が増す．これにより，ゲージ貼付位置（き裂先端から距離）が解析精度に及ぼす影響を詳細に調査することが可能となる．
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| Causes of Carryover |
非接触のひずみ測定関連装置を検討していたが，半導体不足の影響により年度内の納品が困難であると想定されたため，導入を保留した次第である．
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Research Products
(4 results)
