実構造物の高信頼化と欠陥発生機構解明に挑戦する超多点レーザ走査3D超音波映像法
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19K21910
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 18:Mechanics of materials, production engineering, design engineering, and related fields
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
小原 良和 東北大学, 工学研究科, 准教授 (90520875)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三原 毅 東北大学, 工学研究科, 教授 (20174112)
辻 俊宏 東北大学, 工学研究科, 助教 (70374965)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
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| Keywords | 超音波探傷 / 非破壊評価 / フェーズドアレイ / レーザドップラー振動計 / 3次元映像 |
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| Outline of Research at the Start |
発電プラント、鉄道車両、ロケット、自動車部材などに発生する「き裂」は、複雑な3次元形状を有する。実構造物の内部欠陥の3次元映像化が実現されれば、正確な3次元欠陥形状に基づくより高度な信頼性保証が可能となり、さらには実構造物の欠陥発生機構解明にもつながることが期待できる。しかし、現場適用可能な非破壊映像法は、最新の超音波フェーズドアレイでも2次元映像化に限られていた。本研究では、大振幅超音波送信技術と超多点レーザ走査アレイ受信の融合により「超多点レーザ走査3D超音波映像法」を創出する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
実構造物に発生する「き裂」は複雑な3次元（3D）形状を有することが多いが、それらの3D映像化が実現されれば、正確な3D欠陥形状と破壊力学に基づく新たな効率的強度評価や維持管理が可能となり、さらには実構造物の欠陥発生機構解明にもつながることが期待できるが、現場適用可能な非破壊映像法は、最新の超音波フェーズドアレイでも2次元（2D）映像化に限られていた。ラボレベルでは、2Dマトリクスアレイによる3D映像化の研究も始まったが、作製技術・装置価格の問題による素子数不足（最多256：16×16）がボトルネックだった。本研究では、従来より一桁以上大きい超音波を発生可能な「大振幅超音波送信技術」とフレキシブルな機械走査により超多点計測を実現できる「超多点レーザ走査アレイ受信」の融合により「超多点レーザ走査3D超音波映像法」を創出することを目的とする。2020年度は、下記3項目を遂行した。
[1] 前年度の定式化に基づき、映像化・3D表示プログラムをMatlabに実装した。映像化処理では、シフト加算処理時の強度抽出時間範囲を調整することで、映像の質を保持したまま、計算時間を一桁以上短くできることが分かった。また、表示には、非透明のカラーバーでのスライス断面表示に加えて、しきい値以下を透明化した3D表示を検討した。
[2] 収録時間を短縮するため、各受信点での収録時の加算平均回数と信号対雑音比の関係を調べた。その結果、受信波形の段階でノイズレベルを低減するには100回以上の加算平均が必要だったが、シフト加算処理後の映像では、シフト加算時のノイズ打消し効果により、5回の加算平均でも十分な信号対雑音比が得られことが分かった。
[3] 前年度に引き続き、空冷式油圧疲労試験機を用いて、実証用き裂試験片を作製した。
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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
計画に記載した映像化・3D表示プログラムの実装、高速収録法の開発、実証用き裂試験片の作製は予定通り進んでいるため。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度までの装置・知見に基づき、超多点レーザ走査3D超音波映像法を実装し、複雑き裂試験片において、その3D映像化性能を実証し、その精度・分解能を検証する。
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Report
(2 results)
Research Products
(16 results)
