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2017 年度 実績報告書

分調波発生機構の解明と新しい超音波非破壊評価への挑戦

研究課題

研究課題/領域番号 15K14018
研究機関群馬大学

研究代表者

斎藤 隆泰  群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (00535114)

研究分担者 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) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワード超音波非破壊評価 / 非線形超音波 / 高調波 / 分調波 / 境界要素法 / き裂
研究実績の概要

平成29年度は、まず、これまでの知見を基に、高調波・分調波いずれの発生機構を明確にすることを行った。高調波発生機構については、これまでに研究代表者らによって境界要素法を用いて明らかにされてきたが、実用面を考えると、多大な計算時間が必要となるため、必ずしも得策ではない。そこで、本研究では、粒子法と呼ばれる最新の数値解析手法を用いて、き裂の開閉口等に伴い発生する高調波をシミュレーションすることを行った。これにより、境界要素法と比べて比較的容易に、手軽に非線形超音波シミュレーションを実行できることとなった。一方、分調波については、これまで同様、時間領域境界要素法を用いて発生メカニズムを解明することに挑戦した。ここでは、sin関数型のき裂や平行配置された2つの直線き裂に対して、き裂の開閉口等を考慮した超音波散乱シミュレーションを行った。その結果、入射波の中心周波数に対して半分の周波数のねじり振動、もしくは曲げ振動を強制的に発生させるような非線形共振が発生することが確かめられた。これより、分調波の発生現象は、き裂の幾何学形状や配置に強く依存していることが明らかとなった。また、時間領域に対応する周波数領域の境界要素法シミュレーションを実行することで、き裂を含む線形系の周波数応答の第一ピークと分調波発生の可否には関係性があることを示す結果も得られた。すなわち、分調波が発生する場合は、第一ピークに対応する周波数の2倍以上の周波数の入射波に対して分調波が発生することが確かめられた。一方、非線形超音波法において検査対象となるき裂のような面状欠陥を画像化することも重要な課題である。そこで、本研究では、未知のき裂の位置や形状を特定するための逆散乱解析手法を開発することを行った。数値解析例より、入射超音波がき裂面に直接当る部分に対しては、精度良くき裂形状や位置等を再構成することができた。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Numerical study on sub-harmonic generation due to interior and surface breaking cracks with contact boundary conditions using time-domain boundary element method2017

    • 著者名/発表者名
      T. Maruyama, T.Saitoh and S. Hirose
    • 雑誌名

      International Journal of Solids and Structures

      巻: 126-127 ページ: 74-89

    • DOI

      10.1016/j.ijsolstr.2017.07.029

    • 査読あり
  • [雑誌論文] MPS法を用いた非線形超音波法における高調波の励起シミュレーション2017

    • 著者名/発表者名
      野口豪気・斎藤隆泰
    • 雑誌名

      計算数理工学論文集

      巻: 17 ページ: 7-12

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Simulation of nonlinear ultrasonic waves in anisotropic materials using convolution quadrature time-domain boundary element method2017

    • 著者名/発表者名
      T. Saitoh, T. Maruyama and A. Furukawa
    • 雑誌名

      Civil, Architecture and Environmental Engineering

      巻: 1 ページ: 451-456

    • DOI

      10.1201/9781315116259-76

    • 査読あり
  • [雑誌論文] MPS法を用いた等方性材料中の欠陥に対する非線形超音波シミュレーション2017

    • 著者名/発表者名
      野口豪気・斎藤隆泰
    • 雑誌名

      第64回理論応用力学講演会講演論文集

      巻: - ページ: -

  • [雑誌論文] MPS法を用いた非線形超音波法における高調波の励起シミュレーション2017

    • 著者名/発表者名
      野口豪気・斎藤隆泰
    • 雑誌名

      先進的非破壊評価合同シンポジウム論文集

      巻: - ページ: 3-4

  • [学会発表] ペナルティ法で表現したき裂開閉口に伴う非線形超音波シミュレーション2018

    • 著者名/発表者名
      野口豪気・斎藤隆泰
    • 学会等名
      第45回土木学会関東支部技術発表会
  • [学会発表] 演算子積分時間領域境界要素法を用いたき裂による2次元面外波動散乱解析および逆散乱解析2018

    • 著者名/発表者名
      小野寺貴・斎藤隆泰
    • 学会等名
      第45回土木学会関東支部技術発表会
  • [学会発表] MPS法を用いた等方性材料中の欠陥に対する非線形超音波シミュレーション2017

    • 著者名/発表者名
      野口豪気・斎藤隆泰
    • 学会等名
      第64回理論応用力学講演会
  • [学会発表] MPS法を用いた非線形超音波法における高調波の励起シミュレーション,2017

    • 著者名/発表者名
      野口豪気・斎藤隆泰
    • 学会等名
      先進的非破壊評価合同シンポジウム
  • [学会発表] MPS法を用いた非線形超音波法における高調波の励起シミュレーション2017

    • 著者名/発表者名
      野口豪気・斎藤隆泰
    • 学会等名
      計算数理工学シンポジウムJASCOME2017
  • [学会発表] T. Saitoh:Forward and inverse analysis methods for ultrasonic non-destructive evaluation2017

    • 著者名/発表者名
      T. Saitoh
    • 学会等名
      Korea-Japan Joint Workshop
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 群馬大学 大学院理工学府 環境創生部門 構造研究室のHP

    • URL

      http://civil.ees.st.gunma-u.ac.jp/~applmech/index.html

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公開日: 2018-12-17  

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