レーザーパルス加振と偏光高速度カメラによる透明高分子材料の非接触非破壊損傷検知

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H04291
• 研究機関: 芝浦工業大学
• 研究代表者: 細矢 直基 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (40344957)
• 研究分担者: 前田 真吾 芝浦工業大学, 工学部, 准教授 (40424808)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: レーザー誘起プラズマ / 複屈折 / 衝撃波 / 弾性波 / 透明体材料

研究実績の概要

液晶ディスプレイに使用される位相差フィルムなど，固液界面で使用される，複屈折性を有する光学用の透明な高分子材料（透明体材料）の損傷検出は，カメラなどにより製造工程において検出する手法が実用化されている．しかし，これらの手法では，実際の使用環境における透明体材料の機械的性質の同定や損傷検出を非接触非破壊で実現できない．
本研究では，レーザー誘起プラズマによる衝撃波を用いたレーザーパルス加振により，透明体材料に非接触非破壊で弾性波（応力波）を生成する．そして，この弾性波の伝播を偏光高速度カメラによる複屈折計測に基づき可視化する．弾性波の伝播速度やその分布などを観察することにより，実際の使用環境における透明体材料の機械的性質の同定や損傷検出を非接触非破壊で実現する．
平成30年度は，(1)透明高分子材料の十数マイクロメートル程度のひっかき傷の検出，(2)モーメントレーザーパルス加振，(3)水中構造物の制振，その他の応用関連研究として(4)金属材料へのLamb波の生成，(5)ウェーブレット解析による損傷検知手法について検討した．国際的な研究論文雑誌に，(1)は投稿準備中であり，(2)～(5)は掲載決定となった．(1)では，まずはじめにレーザーパルス加振により透明高分子材料で構成された薄板に，弾性波の一種であるLamb波の0次のSモードを生成する．そして，偏光高速度カメラで可視化されたLamb波の伝播を観察することで，十数マイクロメートル程度のひっかき傷の検出に成功した．(2)では，レーザーパルス加振を用いることでモーメントを入力とした周波数応答関数計測に成功した．(3)では，水中構造物に高分子材料を減衰材として貼付し，これの制振性能評価に成功した．この他，透明体材料の動的粘弾性率の同定を検討していき，国際的な研究論文雑誌に投稿する予定である．

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Frequency response function measurements of rotational degrees of freedom using a non-contact moment excitation based on nanosecond laser ablation (2019)
  • 著者名/発表者名: Naoki Hosoya, Shota Ozawa, and Itsuro Kajiwara
  • 雑誌名: Journal of Sound and Vibration 巻: In press ページ: In press
  • DOI: In press
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Design of dielectric elastomer actuators for vibration control at high frequencies (2019)
  • 著者名/発表者名: Itsuro Kajiwara, Shigeki Kitabatake, Naoki Hosoya, and Shingo Maeda
  • 雑誌名: International Journal of Mechanical Sciences 巻: In press ページ: In press
  • DOI: In press
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Balloon dielectric elastomer actuator speaker (2019)
  • 著者名/発表者名: Naoki Hosoya, Hiroaki Masuda, and Shingo Maeda
  • 雑誌名: Applied Acoustic 巻: 148 ページ: 238-245
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.apacoust.2018.12.032
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Deformable motor driven by dielectric elastomer actuators and flexible mechanisms (2019)
  • 著者名/発表者名: Ayato Minaminosono, Hiroki Shigemune ,Yuto Okuno, Tsubasa Katsumata, Naoki Hosoya, and Shingo Maeda
  • 雑誌名: Frontiers in Robotics and AI 巻: 6 ページ: -
  • DOI: https://doi.org/10.3389/frobt.2019.00001
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Evaluation of the clamping force of bolted joints using local mode characteristics of a bolt head (2018)
  • 著者名/発表者名: Naoki Hosoya, Takahiko Hosokawa, Itsuro Kajiwara, Shinji Hashimura, and Feblil Huda
  • 雑誌名: Journal of Nondestructive Evaluation 巻: 37 ページ: 75
  • DOI: https://doi.org/10.1007/s10921-018-0528-7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Dielectric elastomer actuators with carbon nanotube electrodes painted with a soft brush (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Shigemune, Shigeki Sugano, Jun Nishitani, Masayuki Yamauchi, Naoki Hosoya, Shuji Hashimoto, and Shingo Maeda
  • 雑誌名: Actuators 巻: 7 ページ: -
  • DOI: https://doi.org/10.3390/act7030051
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Damage detection in pipes based on acoustic excitations using laser-induced plasma (2018)
  • 著者名/発表者名: Itsuro Kajiwara, Ryosuke Akita, and Naoki Hosoya
  • 雑誌名: Mechanical Systems and Signal Processing 巻: 111 ページ: 570-579
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2018.04.004
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Non-contact and non-destructive Lamb wave generation using laser-induced plasma shock wave (2018)
  • 著者名/発表者名: Naoki Hosoya, Atsushi Yoshinaga, Atsushi Kanda, and Itsuro Kajiwara
  • 雑誌名: International Journal of Mechanical Sciences 巻: 140 ページ: 486-492
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2018.03.023
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dynamic characterizations of underwater structures using noncontact vibration tests based on nanosecond laser ablation in water: evaluation of passive vibration suppression with damping materials (2018)
  • 著者名/発表者名: Naoki Hosoya, Itsuro Kajiwara, Koh Umenai, and Shingo Maeda
  • 雑誌名: Journal of Vibration and Control 巻: 24 ページ: 3714-3725
  • DOI: https://doi.org/10.1177/1077546317710158
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] , Lamb wave generation using nanosecond laser ablation to detect damage (2018)
  • 著者名/発表者名: Naoki Hosoya, Ryosuke Umino, Atsushi Kanda, Itsuro Kajiwara, and Atsushi Yoshinaga
  • 雑誌名: , Journal of Vibration and Control 巻: 24 ページ: 5842-5853
  • DOI: https://doi.org/10.1177/1077546316687904
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Assessment of Dynamic Young’s Modulus and Damping Ratio of Bamboo Fiber Reinforced Polymer Composites using Shock Wave (2019)
  • 著者名/発表者名: Kengo Yamamoto, Akito Takasaki, and Naoki Hosoya
  • 学会等名: The 15th IFToMM World Congress
  • 国際学会
• [学会発表] Visualization of Lamb waves propagating in transparent materials using high-speed camera (2018)
  • 著者名/発表者名: Tsubasa Katsumata, Naoki Hosoya, Atsushi Kanda, and Itsuro Kajiwara
  • 学会等名: The 5th Asia-Pacific Conference on Engineering and Applied Sciences
  • 国際学会
• [学会発表] Measurements on soft materials (2018)
  • 著者名/発表者名: Naoki Hosoya
  • 学会等名: The first IEEE-RAS International Conference on Soft Robotics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] レーザー誘起プラズマで生成された衝撃波によるインパルス加振を用いた透明高分子材料へのLamb波生成 (2018)
  • 著者名/発表者名: 勝又翼，細矢直基，神田淳，梶原逸朗
  • 学会等名: 日本機械学会 [No.18-64] 第17回評価・診断に関するシンポジウム
• [学会発表] 実験モード解析による「太陽のタマゴ」の硬さ評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 細矢直基，出西勇気，高橋健太郎，梶原逸朗
  • 学会等名: 日本機械学会 [No.18-7] Dynamics and Design Conference 2018
• [学会発表] DEAによる構造物の振動制御に関する研究(DEAの積層構成と制御効果の考察) (2018)
  • 著者名/発表者名: 平原隼人，梶原逸朗，前田真吾，細矢直基
  • 学会等名: 日本機械学会 [No.18-7] Dynamics and Design Conference 2018
• [産業財産権] 振動特性計測用の発射装置、加振力入力具、振動特性計測システム及び振動特性計測方法 (2018)
  • 発明者名: 細矢直基，梶原逸朗
  • 権利者名: 芝浦工業大学，北海道大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2018-125879