| 研究課題/領域番号 |
21K03928
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分20010:機械力学およびメカトロニクス関連
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| 研究機関 | 秋田大学 |
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研究代表者 |
福田 誠 秋田大学, 理工学研究科, 講師 (50507671)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | 超音波 / 非破壊検査 / Lamb波 / 2次高調波 / 非線形超音波 / サイドバンド / 非線形振動 / 有限要素解析 / 非線形 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，ボルト締結状態の新しい検査法を開拓するために，ボルト締結部において非線形振動により生じる2次高調波超音波に着目し，Lamb波を利用して締結部から離れた位置において超音波励起/検出する方法を研究する．はじめに，有限要素法によって，板状試料のボルト締結モデルを作成し，2次高調波の発生とLamb波の伝搬を解析する．これを明らかにした上で，二層型圧電振動子を用いた有限振幅超音波の発生と2次高調波を感度良く検出できるシステムにより，ボルトの軸力と2次高調波の関係について検討する．さらに，振動試験や温湿度試験を行い，これまでにない新しいボルト-ナットの締結状態の評価法の確立を目指す。
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| 研究成果の概要 |
超音波を用いた平板の締結部の非破壊検査法を目的として，高次のラメモードLamb波を用いた2次高調波の利用を検討した。高次のラメモードが伝搬し，2次高調波を検出できることを確認した。このモードのLamb波は理論的には伝搬中で2次高調波が生じないこととされており，従来の基本モードのLamb波と比べて，不要な2次高調波成分を10dB低下できた。この他に，ボルト締結のための平板中に穴を開けたことによる縁部の塑性変形から生じる2次高調波成分の検出を試みた。さらに，非線形成分の一つであるサイドバンドを用いる方法も検討するために，サイドバンド検出用の同軸型探触子について検討した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
ボルト締結法は，簡易で精度良く，かつ，全数検査を可能とすることを目標としており，ボルトの緩みや破断による事故を未然に防ぐことが重要である。橋梁などでは，検査者のアクセスのしにくい箇所や，高所での作業など危険を伴う箇所の締結状態を検査するため，検査員の安全を考慮する必要がある。本研究では，離れた位置から締結部に向けてLamb波を送受波する方法を提案するものである。特に，非線形超音波法は初期段階のき裂や接触面の状態を検査できる可能性があり，多くの研究が進められている分野である。本研究の成果このようなボルトの検査の一助に繋がると考えている。
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