2021 Fiscal Year Annual Research Report
Study on wave propagation in a soft and thin material and its application to nondestructive evaluation
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20K21022
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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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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
丸山 泰蔵 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 講師 (90778177)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2022-03-31
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| Keywords | 非破壊評価 / ソフトマター / 薄膜 / ガイド波 / 広視野可視化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
薄く柔らかいシート状の材料（ソフトマター）を非破壊検査するために，波動を利用することを考える．しかし，連続体力学の枠組みの中でソフトマターに対する波動の数理モデルの検討はあまり行われていない．R2年度は，主として計測実験システムを構築して，ソフトマター薄膜の動的挙動の計測を行った．その際，ポリイミド膜の振動の伝搬速度よりも速い速度で伝搬する波動成分を観測した．これがガイド波であると推定し，R3年度は主としてガイド波の数理モデルの構築を行った．
薄い材料中を伝搬する波動を扱う場合には，ガイド波としてのモデル化が必要となる．ガイド波は分散性（伝搬速度の周波数依存性）と重畳性（複数の波動モードの存在）を発現するため，分散曲線と各モードの振動分布を把握する必要がある．ここでは，半解析的有限要素法(SAFE)をベースに薄膜のガイド波の分散関係を数値的に求めるコードを作成した．材質や形状によっては分散関係が入り組み，同一モードのつながりを把握することが困難になる場合がある．ここでは，SAFEに連続法を適用し，モード毎にソートした計算を行うことで，複雑な断面を有する材料においても伝搬モードを明確に区別する方法を開発した．この結果，ポリイミド中を伝搬する波動の音速は，SAFEで計算した低次のモードの音速と同程度であることが分かった．分散性を確認するには多点計測が必要であるので，引き続き検討していく．また，粘弾性を考慮したSAFEについては，既にコーディングが終わっており，材料を変えて実験との比較を行うことが課題である．
また，ソフトマターは面外変位が大きいことから，高速カメラによる全視野トラッキングの適用可能性も検討した．この結果，ポリイミド膜の振動の伝搬については可視化することが確認できた．
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