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超音波伝搬の非接触観察による3次元弾性定数の推定

研究課題

研究課題/領域番号 18K18885
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分22:土木工学およびその関連分野
研究機関愛媛大学

研究代表者

中畑 和之  愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 教授 (20380256)

研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2018年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
キーワード音響異方性 / レーザー / 弾性定数 / 光音響 / 非接触・非踏襲 / 逆解析 / 超音波 / 非接触・非侵襲
研究成果の概要

本研究は,部材表面を伝搬する超音波の可視化(Wavefield data)を数値的に処理し,材料を切り出すことなく異方性弾性体中の3次元弾性定数を求める方法を提案し,それを検証することを目的とする.Wavefield dataを得るために,レーザードップラー振動計を用いて計測する方法と光音響効果を利用した方法の2つを構築した.材料表面のWavefield dataを記録し,そのデータに時空間フーリエ変換を施すことによって,その面内の全方向の位相速度(P波,2種類のS波)を抽出する.複数方向の3種類の位相速度から独立な弾性定数を求める最適化問題を構築し,最小二乗法でこれを求める方法である.

研究成果の学術的意義や社会的意義

本手法の特徴は,基本的には対象から試験片を切り出すことなく,原位置で異方性材料の弾性定数を求める事ができる点にある.波面から識別可能なスローネス曲面が抽出できれば,材料の設置状況や表面凹凸等の影響によらないロバストな推定法である.また,超音波の波長とLDVのスキャンエリアを調整することで任意のスケールの平均弾性定数が推定できるスケーラブルな評価法であり,学術あるいは産業応用の観点からも非常に有意義な研究である.今後は,空気超音波プローブを用いた場合の超音波のシグナルノイズ比を向上させ,産業応用を目指したい.

報告書

(3件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2020 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件)

  • [国際共同研究] Fraunhofer IKTS(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [雑誌論文] 炭素繊維強化樹脂を伝搬する超音波の可視化とそのモデリング2020

    • 著者名/発表者名
      中畑和之, 黄木景二, 永井政貴, 林 山
    • 雑誌名

      材料

      巻: 69(8)

    • NAID

      130007888751

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Wavefield データを利用した数値モデルの構築と時間反転イメージングへの応用2019

    • 著者名/発表者名
      中畑和之, 天野裕維, 溝田裕久, 斎藤隆泰, 木本和志
    • 雑誌名

      土木学会論文集A2(応用力学)

      巻: 75 号: 2 ページ: I_71-I_81

    • DOI

      10.2208/jscejam.75.2_I_71

    • NAID

      130007795490

    • ISSN
      2185-4661
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Three-dimensional ultrasonic wave simulation in laminated CFRP using elastic parameters determined from wavefield data2019

    • 著者名/発表者名
      Nakahata K.、Amano Y.、Ogi K.、Mizukami K.、Saitoh T.
    • 雑誌名

      Composites Part B: Engineering

      巻: 176 ページ: 107018-107018

    • DOI

      10.1016/j.compositesb.2019.107018

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Three-dimensional SAFT imaging for anisotropic materials using photoacoustic microscopy2019

    • 著者名/発表者名
      K. Nakahata, K. Karakawa, K.Ogi, K. Mizukami, S. Wada, T. Namita, T. Shiina
    • 雑誌名

      Ultrasonics

      巻: 98 ページ: 82-87

    • DOI

      10.1016/j.ultras.2019.05.006

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] レーザーを用いた超音波可視化法に関する一考察  ~レーザー照射型と受信型による可視化結果の比較~2019

    • 著者名/発表者名
      天野裕維, 中畑和之
    • 学会等名
      日本非破壊検査協会 2019年度第1回 超音波部門講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 光音響波を利用したCFRP内部の開口合成イメージング2019

    • 著者名/発表者名
      三木陽大, 唐川和輝, 中畑和之
    • 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] 光音響波を利用した弾性スティフネスの推定とCFRP の内部剥離のイメージング2019

    • 著者名/発表者名
      中畑和之,唐川和輝,天野裕維
    • 学会等名
      レーザー学会学術講演会 第39 回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] レーザー超音波法を用いた異方性材料の弾性定数の非侵襲計測2018

    • 著者名/発表者名
      天野裕維,中畑和之
    • 学会等名
      日本音響学会 秋季研究発表会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Photoacoustic imaging method using SAFT algorithm for material with acoustic anisotropy2018

    • 著者名/発表者名
      Kazuyuki Nakahata, Kazuki Karakawa
    • 学会等名
      日本非破壊検査協会 秋季講演大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2018-07-25   更新日: 2021-02-19  

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