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高耐熱複合材料の健全性診断のための高温環境における超音波可視化技術

研究課題

研究課題/領域番号 18H01332
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分18010:材料力学および機械材料関連
研究機関東京大学

研究代表者

岡部 洋二  東京大学, 生産技術研究所, 教授 (90313006)

研究分担者 齋藤 理  東京大学, 生産技術研究所, 助教 (00795130)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円)
2021年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2020年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2019年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2018年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
キーワード超音波非破壊検査 / 高温環境 / 可視化 / 耐熱複合材料 / 健全性診断
研究成果の概要

耐熱複合材料等でできた構造部材の高温環境における健全性を、高い信頼性で診断するための非破壊検査手法として、光ファイバ超音波センサとレーザー超音波法を組み合わせた高温用超音波可視化計測システムを構築した。これにより、1000℃の高温環境中で構造材料を伝播する超音波ガイド波を可視化することが可能となった。さらに、複合材料を伝播するガイド波に含まれる複数モードを分離して、損傷部でのモード変換挙動を観察可能にすることで、複合材料中の微視的損傷を的確に検出する手法を確立した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で構築した1000℃レベルの高温での超音波可視化検査技術は、国内外でも他に例を見ない独自性の高い手法であり、発電設備や大型輸送機器エンジン等の安全性向上とメンテナンスコストの削減に貢献しうると考えらえる。さらに本研究で確立した超音波ガイド波のモード変換挙動に基づく損傷検知手法は、耐熱複合材料の高温環境における破壊進展挙動の解明にも役立つと考えられ、材料工学分野等での学術的な波及効果も期待できる。

報告書

(5件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (40件)

すべて 2022 2021 2020 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (15件) (うち国際共著 1件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (23件) (うち国際学会 6件、 招待講演 5件) 産業財産権 (1件)

  • [国際共同研究] 南京航空航天大学(中国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Detection of a single transverse crack in a CFRP cross-ply laminate by visualizing mode conversion of Lamb waves2022

    • 著者名/発表者名
      Yu Fengming、Saito Osamu、Okabe Yoji
    • 雑誌名

      Composite Structures

      巻: 283 ページ: 115118-115118

    • DOI

      10.1016/j.compstruct.2021.115118

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 再生位相シフトFBGセンサを用いた高温アコースティックエミッション計測2021

    • 著者名/発表者名
      李 梓萱、于 豊銘、齋藤 理、岡部 洋二
    • 雑誌名

      生産研究

      巻: 73 号: 5 ページ: 389-394

    • DOI

      10.11188/seisankenkyu.73.389

    • NAID

      130008123148

    • ISSN
      0037-105X, 1881-2058
    • 年月日
      2021-11-01
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Analysis on ultrasonic waves generated in anisotropic carbon fiber reinforced plastic laminate by laser incidence from various directions2021

    • 著者名/発表者名
      Zhang Zeping、Saito Osamu、Okabe Yoji
    • 雑誌名

      Results in Physics

      巻: 31 ページ: 104927-104927

    • DOI

      10.1016/j.rinp.2021.104927

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] An ultrasonic visualization system using a fiber-optic Bragg grating sensor and its application to damage detection at a temperature of 1000 °C2021

    • 著者名/発表者名
      Yu Fengming、Saito Osamu、Okabe Yoji
    • 雑誌名

      Mechanical Systems and Signal Processing

      巻: 147 ページ: 107140-107140

    • DOI

      10.1016/j.ymssp.2020.107140

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Evaluation of the matrix crack number in carbon fiber reinforced plastics using linear and nonlinear acousto-ultrasonic detections2021

    • 著者名/発表者名
      Wang Rong、Wu Qi、Xiong Ke、Zhang Hanqi、Okabe Yoji
    • 雑誌名

      Composite Structures

      巻: 255 ページ: 112962-112962

    • DOI

      10.1016/j.compstruct.2020.112962

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Dispersion relation of Lamb waves in cross-ply composite laminates using multi-layered models2021

    • 著者名/発表者名
      Saito Osamu、Yu Fengming、Okabe Yoji
    • 雑誌名

      Composite Structures

      巻: 264 ページ: 113691-113691

    • DOI

      10.1016/j.compstruct.2021.113691

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Laser ultrasonic visualization technique using a fiber-optic Bragg grating ultrasonic sensor with an improved adhesion configuration2020

    • 著者名/発表者名
      Yu Fengming、Saito Osamu、Okabe Yoji
    • 雑誌名

      Structural Health Monitoring

      巻: 20 号: 1 ページ: 303-320

    • DOI

      10.1177/1475921720932233

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Linear damage localization in CFRP laminates using one single fiber-optic Bragg grating acoustic emission sensor2020

    • 著者名/発表者名
      Yu Fengming、Okabe Yoji
    • 雑誌名

      Composite Structures

      巻: 238 ページ: 111992-111992

    • DOI

      10.1016/j.compstruct.2020.111992

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 光ファイバーセンサを用いた高温用レーザー超音波計測法の構築2019

    • 著者名/発表者名
      馮 鋼、于 豊銘、齋藤 理、岡部 洋二
    • 雑誌名

      生産研究

      巻: 71 号: 6 ページ: 1019-1023

    • DOI

      10.11188/seisankenkyu.71.1019

    • NAID

      130007756612

    • ISSN
      0037-105X, 1881-2058
    • 年月日
      2019-11-01
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] 機械学習を用いたAE波形信号の新規分析法2019

    • 著者名/発表者名
      張 格、于 豊銘、岡部 洋二
    • 雑誌名

      生産研究

      巻: 71 号: 6 ページ: 1013-1017

    • DOI

      10.11188/seisankenkyu.71.1013

    • NAID

      130007756611

    • ISSN
      0037-105X, 1881-2058
    • 年月日
      2019-11-01
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] ラム波のモード変換に基づいたCFRP接着構造における剥がれ損傷の検知2019

    • 著者名/発表者名
      黄 云涛、于 豊銘、齋藤 理、岡部 洋二
    • 雑誌名

      生産研究

      巻: 71 号: 6 ページ: 1007-1012

    • DOI

      10.11188/seisankenkyu.71.1007

    • NAID

      130007756610

    • ISSN
      0037-105X, 1881-2058
    • 年月日
      2019-11-01
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Regenerated Fiber Bragg Grating Sensing System for Ultrasonic Detection in a 900?°C Environment2019

    • 著者名/発表者名
      Yu Feng-ming、Okabe Yoji
    • 雑誌名

      Journal of Nondestructive Evaluation, Diagnostics and Prognostics of Engineering Systems

      巻: 2 号: 1 ページ: 011006-011006

    • DOI

      10.1115/1.4042259

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Application of an Optical Fiber Sensor for Nonlinear Ultrasonic Evaluation of Fatigue Crack2019

    • 著者名/発表者名
      Q. Wu, R. Wang, F. Yu, and Y. Okabe
    • 雑誌名

      IEEE Sensors Journal

      巻: - 号: 13 ページ: 4992-4999

    • DOI

      10.1109/jsen.2019.2903323

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nonlinear ultrasonic detection for evaluating fatigue crack in metal plate2019

    • 著者名/発表者名
      R. Wang, Q. Wu, F. Yu, Y. Okabe, K. Xiong
    • 雑誌名

      Structural Health Monitoring

      巻: 18 号: 3 ページ: 869-881

    • DOI

      10.1177/1475921718784451

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ultrasonic Structural Health Monitoring Using Fiber Bragg Grating2018

    • 著者名/発表者名
      Q. Wu, Y. Okabe, and F. Yu
    • 雑誌名

      Sensors

      巻: 18 号: 10 ページ: 3395-3395

    • DOI

      10.3390/s18103395

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 疑似等方性CFRP積層板の衝撃損傷におけるガイド波の散乱現象の理論解析2022

    • 著者名/発表者名
      譚朗星, 齋藤理, 于豊銘, 岡部洋二
    • 学会等名
      安全・安心な社会を築く先進材料・非破壊計測技術ミニシンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] High-temperature laser-ultrasonic visualization with the use of a regenerated fiber Bragg grating sensor2022

    • 著者名/発表者名
      李梓萱, 于豊銘, 齋藤理, 岡部洋二
    • 学会等名
      安全・安心な社会を築く先進材料・非破壊計測技術ミニシンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] レーザー超音波可視化技術におけるスローネス評価に基づくCFRPの剥離検出2021

    • 著者名/発表者名
      齋藤理, Chen Weikun, 岡部洋二
    • 学会等名
      日本非破壊検査協会 2021年度第1回超音波部門講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] A fiber-optic ultrasonic visualization technique for damage detection in a 1000 °C environment2021

    • 著者名/発表者名
      Fengming Yu, Osamu Saito, Yoji Okabe, Zixuan Li
    • 学会等名
      9th International Conference on Experimental Vibration for Civil Engineering Structures
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Application of Regenerated Phase-shifted Fiber Bragg Grating Sensors to Acoustic Emission Detection under Elevated Temperature2021

    • 著者名/発表者名
      Zixuan Li, Fengming Yu, Osamu Saito, Yoji Okabe
    • 学会等名
      9th International Conference on Experimental Vibration for Civil Engineering Structures
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 再生FBGセンサを用いた高温でのレーザー超音波可視化検査法2021

    • 著者名/発表者名
      李梓萱, 于豊銘, 齋藤理, 岡部洋二
    • 学会等名
      第29回機械材料・材料加工技術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] An analysis on ultrasonic waves generated in anisotropic CFRP by laser incidence with various angles and directions2021

    • 著者名/発表者名
      張澤平, 齋藤理, 岡部洋二
    • 学会等名
      第28回超音波による非破壊評価シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Numerical analysis on generation and propagation of laser ultrasonic waves in an anisotropic CFRP laminate2021

    • 著者名/発表者名
      張澤平, 齋藤理, 岡部洋二
    • 学会等名
      安全・安心な社会を築く先進材料・非破壊計測技術ミニシンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] チャープ超音波ガイド波を用いたCFRP製モビリティ構造の衝撃損傷モニタリング2021

    • 著者名/発表者名
      譚朗星, 于豊銘, 齋藤理, 岡部洋二, 近藤拓, 手塚翔太, 千葉晃広
    • 学会等名
      安全・安心な社会を築く先進材料・非破壊計測技術ミニシンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] High-temperature ultrasonic measurement based on a regenerated phase-shifted fiber Bragg grating sensor2021

    • 著者名/発表者名
      李梓萱, 于豊銘, 齋藤理, 岡部洋二
    • 学会等名
      安全・安心な社会を築く先進材料・非破壊計測技術ミニシンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Ultrasonic Nondestructive Evaluation Methods Applicable to High-Temperature Environments Based on Optical Fiber Remote Sensing2020

    • 著者名/発表者名
      Yoji Okabe, Fengming Yu, and Osamu Saito
    • 学会等名
      International Conference on Leading Edge Manufacturing/Materials and Processing
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 光ファイバ超音波センサを用いた極限環境下での構造物の健全性診断技術2020

    • 著者名/発表者名
      岡部洋二, 于豊銘, 齋藤理
    • 学会等名
      日本セラミックス協会 第33回秋季シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] CFRP積層板の剥離部におけるレーザー励起ラム波の振幅変化挙動の理論的解明2020

    • 著者名/発表者名
      齋藤理, 張澤平, 線延飛, 岡部洋二
    • 学会等名
      日本非破壊検査協会 2020年度秋季講演大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] ディープラーニングを用いたAE波形の新規分析方法2019

    • 著者名/発表者名
      趙淵, 張格, 于豊銘, 岡部洋二
    • 学会等名
      日本機械学会2019年度年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] ラム波モード変換に基づいたCFRP接着構造における接着剥がれの検知2019

    • 著者名/発表者名
      Shangnan Li, 黄云涛, 于豊銘, 齋藤理, 岡部洋二
    • 学会等名
      日本機械学会2019年度年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 光ファイバ超音波センサを用いた高温非破壊検査法2019

    • 著者名/発表者名
      岡部洋二, 于豊銘, 齋藤理
    • 学会等名
      日本鉄鋼協会 高温プロセス部会/計測・制御・システム工学部会 合同シンポジウム「製銑プロセスにおける計測技術の現状と高度化に向けた課題」
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Ultrasonic NDT and SHM methods for composites at high temperature using optical fiber sensors2019

    • 著者名/発表者名
      Yoji Okabe, Fengming Yu, and Osamu Saito
    • 学会等名
      10th International Conference on High Temperature Ceramic Matrix Composites (HT-CMC10)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 光ファイバセンサを用いた高温での超音波検査技術2019

    • 著者名/発表者名
      岡部洋二, 于豊銘, 齋藤理
    • 学会等名
      日本溶接協会 第14回マイクロソルダリング技術 教育・認証フェスタ
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] レーザ超音波による炭素繊維複合材料の非破壊検査2019

    • 著者名/発表者名
      齋藤理
    • 学会等名
      CTC 超音波ソリューションセミナー2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] CFRP製スキン・トリガー構造における超音波ガイドの伝播挙動解明2019

    • 著者名/発表者名
      齋藤理, 鄧培文, 岡部洋二
    • 学会等名
      第10回日本複合材料会議(JCCM10)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Numerical Analysis of Lamb Wave Propagation in a Periodically Stiffened CFRP Plate for Impact Damage Detection2018

    • 著者名/発表者名
      P.Deng, O.Saito, and Y.Okabe
    • 学会等名
      9th European Workshop on Structural Health Monitoring
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] High-temperature Ultrasonic/AE sensing System Using Fiber-optic Bragg Gratings2018

    • 著者名/発表者名
      F.Yu and Y.Okabe
    • 学会等名
      9th European Workshop on Structural Health Monitoring
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 光ファイバセンサを用いたレーザ超音波計測法による高温環境下での広帯域ラム波伝播挙動の評価2018

    • 著者名/発表者名
      馮鋼, 于豊銘, 齋藤理, 岡部洋二
    • 学会等名
      第26回機械材料・材料加工技術講演会(M&P2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [産業財産権] 光ファイバセンシングシステム、損傷監視方法、及び損傷箇所画像化方法2019

    • 発明者名
      岡部洋二、于豊銘、齋藤理
    • 権利者名
      岡部洋二、于豊銘、齋藤理
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2019-197840
    • 出願年月日
      2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2023-01-30  

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