2013 Fiscal Year Annual Research Report
動的せん断ひずみ時空間勾配解析によるエバネッセント場の検出に関する研究
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22560421
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| Research Institution | Saga University |
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Principal Investigator |
寺本 顕武 佐賀大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70207489)
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| Project Period (FY) |
2010-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 非破壊検査 / 超音波計測 / ガイド波 / 時空間勾配解析 / 動的せん断歪み解析法 |
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| Research Abstract |
『時空間勾配解析を動的せん断ひずみの秩序性の解析に導入し, 亀裂近傍のエバネッセント場を検出することにより, 波長の数分の1 の大きさの亀裂を抽出する非破壊検査法を確立すること』を目的として基礎研究を実施した結果, 本年度は以下の成果を達成した. まず，表面変位観測装置を用いて, 剥離近傍での面外せん断ひずみの振る舞いがどのように変換するか観測し，薄板材料中に発生した剥離領域におけるA0モードラム波の振る舞いをCIP法により再構成し，観測された現象を再現した結果，非常に低い周波数領域においては、材料中の相関剥離の境界においてエバネッセント場が形成され，それが表層までしみ出している事が確認された。つぎに，表層にしみ出したエバネッセント場に対し，波動方程式にもとづく解析を実施し, 層間剥離が生じた場合の, A0モードラム波の波動場の厳密解を導出した．厳密解にもとづき, 互いに直交する動的面外せん断歪みの共分散行列の行列式が，剥離領域近傍のエバネッセント場を抽出することを理論的に明らかにした．以上の研究の結果，提案する手法の特長は, 次のようにまとめることができる. 1.検査対象表面の法線方向(z軸方向)と検査対象表面に沿う方向に関する, 互いに直交する一対の動的面外せん断歪みからなる信号列の分散共分散行列の行列式を利用している. 2.欠損のないところでは, 上記の一対の動的面外せん断歪みが互いに線形従属の関係にあり、行列式の値はゼロとなる。3. 欠損近傍では, 入射波と散乱波が重畳し, 線形性が破綻するため 行列式は，正の有限値を示す. その結果, 周波数や伝搬速度とは独立に再放射源の近接場領域の撮像を可能にしている.
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の計画では, 本研究は, 大きく次の二つを柱に遂行される.1. CFRP 中に発生した, 欠損や剥離境界から滲みだすエバネッセント場を計算モデル化し, 提案手法の妥当性を証明する. 2. レーザースキャニングシステムと, 共焦点干渉光学系を製作し, 実対象に対し非破壊検査を実施する
それぞれの項目において研究の進捗の妥当性を以下に評価する。1. 昨年までは、欠損（ボイド）に対して行っていたが本年度は，相関剥離に対して、薄A0モードラム波の振る舞いをCIP法により再構成し，観測された現象を再現した結果，非常に低い周波数領域においては、材料中の相関剥離の境界においてエバネッセント場が形成されていることを確認した．さらに波動方程式にもとづく解析を実施し, 層間剥離が生じた場合の, A0モードラム波の波動場の厳密解を導出した．厳密解にもとづき, 互いに直交する動的面外せん断歪みの共分散行列の行列式が，剥離領域近傍のエバネッセント場を抽出することを理論的に明らかにした．その結果、当初の目標を十分に達成したものと考えている。２. 当初，高速でスキャニングして，隣り合う観測点からの信号の差分により，対象表面の空間勾配を検出しようと考えていたが，研究遂行中に，光学系を工夫する事により，一点およびその近傍における，空間勾配（ベクトル量）を同時にその場で観測できることに至り，現在その光学系にもとづき実験を遂行している．新光学系は，瞬時に着目点の空間勾配を検出できるので，当初の提案システムより，可用性の高い検査系が実現できる。さらに、なぜ提案する微分干渉光学系が、「動的せん断歪み解析」を光学的に実現することができるのか、理論的な解析を行っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は, 光学的に動的せん断歪み解析法を実現する光学系の設計評価を中心に遂行する．
対象表面の面外せん断歪みを，新たに設計した2次元微分干渉光学系によって観測し，動的せん断歪みの分散共分散行列をその場で出力する観測系を実現し，提案する「動的せん断歪み解析法」の有効性を実験により確認する。現在、 微分干渉光学系を用いて予備実験をしたところ, 対象表面の面外せん断ひずみの情報を光学的に取得できることが明らかになった. さらに、理論的にも実現可能であることが明らかになった。なお、２次元微分干渉光学系は，偏向を用いて実現している。P偏波により, x方向の傾き, S偏波によりy方向の傾きを検出することにより, 空間勾配ベクトルの観測を可能にしたものである.
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Research Products
(9 results)
