2014 Fiscal Year Research-status Report
磁気計測にもとづく鉄鋼構造物の状態監視技術に関する研究
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24560520
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
小島 史男 神戸大学, 自然科学系先端融合研究環, 教授 (70234763)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中本 裕之 神戸大学, システム情報学研究科, 助教 (30470256)
宇佐美 照夫 京都学園大学, 経済学部, 教授 (60456746)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 計測工学 / 非破壊検査 / 構造物健全性 / 経年劣化 / 金属疲労 / 磁性 / 信号処理 / 診断 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究初年度においては，磁気センサ単体による構造物機能劣化モニタリングの基本性能の確認を下記の手順で実施した．鋼材の劣化要因を歪に限定して，引張による均一な歪みを生じさせた鋼材を用意し，磁気特性との相関を確認することとした．
研究次年度においては，材料の経年劣化を模擬するために，研究初年度で準備した劣化プロセス再現試験体を用いて材料劣化進展に関する検出性能の評価を実施した．磁化器とインピーダンスメータを組み合わせて，鋼材歪みに敏感な電磁気特性について検討した．その結果，特定の励磁電流においては歪みとの相関が顕著に表れており，インピーダンス値が鋼材歪みの検出に鋭敏であることを確認した．
研究３年目においては，２年間の研究成果をもとに，非破壊試験への応用を目的として，非破壊検査システムの非線形磁場解析の計算機シミュレーションについて考察するとともに，鉄道橋やレールなど検査対象の劣化事象の調査を実施した．これまで実施した研究において，バルクハウゼンノイズや残留磁束密度などの磁気特性が材料劣化に関して鋭敏であることが指摘されてきたが，鋼材歪みとインピーダンス値の相関がこれらの磁気特性の変化と捉えられれば，非破壊検査への適用が可能となる．二次元の非線形静動磁場モデルとインピーダンス計測の数学モデルを構築し，有限要素法による数値実験を通じて，材料内部の磁場特性と計測値の関係を明らかにするシミュレーション環境を構築した．一方非破壊検査の対象として発電プラント・化学プラントで供用される様々な炭素鋼管，鉄道橋や鉄道レールの経年劣化についても調査を開始した．その結果，炭素鋼管の配管減肉事象、レールの摩耗や鉄道橋の腐食などに対して本手法の適用可能性が高いことを確認した．
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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
先行研究においては，鋼材の磁気特性と材質劣化に相関があることが明らかになっているが，これを非破壊診断に実機適用するには，測定方法の標準化が求められる．研究初年度においては，厳密な評価体系を構成する上で基本となる試験体の作成方法を確立することができた． さらに研究次年度においては，計測条件，試験体形状のパラメータを増やすことで，他の磁気特性に着目した実験を実施した．研究初年度の測定装置にインピーダンスメータを加え，歪み試験体に対して，インピーダンス測定を実施した結果磁化器のインピーダンス変化が材料劣化特性に極めて鋭敏であることを確認した．研究３年目においては，磁気計測と材料歪みの相関に着目した非破壊検査システムの構築をめざして、これまでの研究成果を反映させた計算機シミュレーションの環境を整えるとともに、経年劣化事象の状態監視の対象として、炭素鋼管の減肉、鉄道橋やレールの経年劣化事象の調査を実施し、最終年度の磁気計測による状態監視システムの構築への準備が整った．
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| Strategy for Future Research Activity |
研究最終年度においては，提案してきた磁気計測による状態監視システムのプロトタイプモデル構築をめざす．オンサイトでの磁気計測を実現可能にするための広域監視と定点連続監視用のシステムの基本設計を実施し、簡単な計測システムを構築する．また計測されたデータは通信ネットワークを介してサーバに接続できるセンサネットワークの概念設計を行い，研究３年度において進めてきたシミュレーションとの併用を考え，構造物機能劣化評価法の確立にむけた取り組みを実施する．
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| Causes of Carryover |
研究３年目に得られた研究成果を次年度の早い段階でいち早く国内外に向けて公表することおよび鉄鋼材料の経年劣化の監視対象の調査を最終年度の早い段階で実施するために基金化した．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
昨年度の研究成果発表および最終年度に取り組む磁気計測にもとづく状態監視システムの構築に向けたフィールド調査を早期に実施するための旅費に充当する
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