2012 Fiscal Year Research-status Report
フォノニック結晶の性質を利用した新しい超音波非破壊評価への挑戦
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24656275
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
廣瀬 壮一 東京工業大学, 情報理工学研究科, 教授 (00156712)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
斎藤 隆泰 群馬大学, 工学研究科, 講師 (00535114)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | 超音波伝搬シミュレーション / 境界要素法 / CQ-FM-BEM / ACA-BEM / プリズムモデル / 面外波動 |
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| Research Abstract |
本研究は、近年、材料科学の分野等で注目を集めているフォノニック結晶の性質を利用して新しい超音波非破壊評価法を提案するものである。平成24年度における実施計画は、境界要素法をベースとした超音波伝搬シミュレーション手法を開発し、簡単なモデルに対して解析を実行することで計算精度の確認等を行うことである。また、開発したシミュレーション手法を用いてプリズムモデルに対する予備解析を実施し、平成25 年度に行うシミュレーションのための解析モデルの検討を行うことである。
1．大規模波動解析のための超音波シミュレーション手法を開発した。ベースとなる手法は、時間領域および周波数領域両者の境界要素法である。周波数領域の解析には、先に研究代表者・分担者らで開発した多重散乱解析のためのFM-BEM解析コードを拡張するとともに、ACA-BEMという新しい手法も開発した。一方、時間領域の解析では、安定で大規模な解析が可能な演算子積分法をベースとし、それに高速多重極法を組み合わせたCQ-FM-BEMを開発した。
2．単一の結晶を介在物として見立てた場合の超音波散乱問題を解くことにより、超音波シミュレーション手法の計算精度を確認した。その結果、 開発した手法は十分な精度を持っていることが分かった。
3．フォノニック結晶の分野で注目されているプリズムモデルに対する面外波動の大規模散乱解析を行った。その結果、周波数によって散乱波の進む方向や散乱変位場の大きさが大きく異なっていることがわかり、適切な解析モデルを設定すれば超音波の伝搬方向や強度を制御できる可能性があることが示された。
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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
当初の計画通り、新しい超音波シミュレーション手法の開発に成功し、予備解析も実施しており、計画はおおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成24年度に開発した手法を用いて超音波シミュレーションを実行し、フォノニック結晶の性質を活かした新しい超音波非破壊評価法を提案する。
1. 前年度行った結晶配置検討結果を基に、如何なるフォノニック結晶構造でどの程度超音波を集束させることができるかを超音波シミュレーションにより検討する。特に、実際の応用を検討するために、集束位置、結晶構造と屈折関係、集束点での超音波強度について詳細に検討する。
2. 次に、フォノニック結晶構造中に複数の超音波を入射させた場合の超音波の集束性を検討する。超音波の強さを向上させるには、超音波を発生させる探触子の開口幅を大きくすることが必要であるが、大きな素子を用いることは高価となるため、小さい素子を並べることが必要になる。ここでは、電子走査によるアレイ技術と異なり、フォノニック結晶の最適設計によって複数素子からの超音波の集束性を検討するものである。
3. フォノニック結晶の性質を利用して超音波を負の屈折方向にステアリングさせる方法等について検討する。負の屈折現象を応用すれば超音波ビームの振れ角を大きくでき、探傷範囲を拡大できる可能性がある。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
フォノニック結晶構造の様々な条件を変えて数値シミュレーションを実施する必要があるため、ワークステーションの購入代と数値シミュレーションのデータ整理のための人件費への支出を計画している。また、積極的に研究成果を公表するために、国内外への会議出席のための旅費及び参加費への支出を予定している。
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Research Products
(16 results)
