| 研究課題/領域番号 |
15K14018
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| 研究機関 | 群馬大学 |
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研究代表者 |
斎藤 隆泰 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (00535114)
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| 研究分担者 |
中畑 和之 愛媛大学, 理工学研究科, 教授 (20380256)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 非線形超音波 / 高調波 / 分調波 / 演算子積分時間領域境界要素法 / き裂 |
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| 研究実績の概要 |
平成27年度の研究実施計画は、1)高調波発生機構から見た分調波発生モデルの考察、2）波動論的立場から見た分調波発生機構の解明、3)非線形振動論的立場から見た分調波発生機構の解明であった。1)について、高調波はき裂面のせん断変形、開口変形が起こった場合に発生することが申請者らの既往の研究で既に明らかになっている。しかしながら、複数の数値シミュレーションを適用した結果、高調波と分調波の発生メカニズムはやはり全く異なるものであり、低周波成分が相対的に増加している理由は、き裂面が圧縮され、ほとんど開口しない状態が原因となっていることがわかった。また、2)については、申請者らのグループで開発した演算子積分時間領域境界要素法をベースとした非線形超音波シミュレーターを用いて解析を行った結果、分調波は、複数のき裂や、き裂が発生する表面部分等を考慮した場合に比較的発生しやすいことがわかった。実際に、先に周波数領域でき裂面の応答解析を実施したところ、分調波が発生する超音波の周波数は、周波数領域で解析した場合の卓越周波数に近い部分で発生している現象を確認することができた。また、超音波の入射角度を様々に変更させたシミュレーションも行い、き裂面に対する入射角度によっては、分調波が発生しない場合も見受けられた。3)については、振動系をき裂間に考慮するために、き裂面にバネを挿入した接触モデルの作成について検討した。き裂開口時に、一定の開口変位を越えた際に自由振動となるような定式化をき裂面に適用する方法について検討した。平成27年度は、平成28年度以降に実施する分調波シミュレーションの準備期間であるので、今年度の研究実績は、十分であったと考えられる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
平成27年度の研究計画は、分調波発生モデルのための理論構築を目的とした研究であった。平成27年度の結果をもとに、平成28年度、29年度に実施する非線形超音波のシミュレーションに活かすことが目的である。そのような中、平成27年度は、後に実行するシミュレーションに必要な演算子積分時間領域境界要素法をベースとした超音波シミュレーターの開発およびその高度化をすることに成功し、かつ平成28年度に実行する予定であった、無限弾性体中のき裂による分調波のシミュレーションまで前倒しで実施することができている。また、1次元ではあるが、有限要素法や動弾性有限積分法(EFIT：Elastodynamic Finite Integration Technique)を用いた非線形超音波シミュレーターの開発も行うことができている。一方、申請者らが既往の研究で実施した高調波シミュレーションの高度化とその利用によるパラメータ計算、平成28年度以降に実行する非線形振動のための、き裂面に挿入するバネモデルの適用についても、予定どおり、検討が行われた。以上より、平成27年度の進捗状況は、平成28年度の内容についても一部実施していることから、当初の計画以上に進展していると結論づけた。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成27年度の成果を踏まえた、今後の推進法策は次の通りである。
研究課題の実施方法は、理論と数値シミュレーションを用いる方法であるため、高価な試験器等は特に必要としない。ただし、数値シミュレーションに必要な計算時間と回数は、増大することが予想されるため、計算機の使用環境を整える必要がある。そのため、必要となった場合に、例えば申請者の前所属機関である、東京工業大学の大型計算機TSUBAME2.5や、申請者が利用経験のある、京都大学大型計算機等の使用についても検討する必要がある。
また、現時点では、平成28年度の研究計画に変更はなく、予定通りの内容を実行する予定である。ただし、平成28年度は層間剥離欠陥に対する分調波シミュレーションを実施する必要があるので、そのために必要なプログラムコードの開発を一部行う予定である。また、欠陥形状を再構成するための方法として、開口合成と逆散乱解析手法の両者を考えているが、いずれの場合も、既にそのプロトタイプについては解析コードを開発済みであるため、問題はないと思われる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
一方、平成27年度の予算については、平成27年度研究費のおよそ30パーセント程度の未使用金額が生じている。その理由は、予定していた研究分担者との打合せを、東京で実行することが可能となったこと、他の競争的資金で備品の一部をまかなえたことが挙げられる。
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| 次年度使用額の使用計画 |
先に研究方策で述べたとおり、今後は計算負荷が増加することが懸念されるため、大型計算機の使用量や、ワークステーションの購入をすることで、研究室内の計算環境を整えることを検討している。また、H27年度に比較的研究が順調に進んだため、学会発表の回数を増やし、そのための旅費、学会発表参加費等に使用する予定である。また、数値シミュレーション結果を可視化するためのノートPC等がH27年度に故障したため、それらに利用することも検討している。
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