超音波伝搬の非接触観察による3次元弾性定数の推定

2019 年度 研究成果報告書

• 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
• 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

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．

自由記述の分野

非破壊検査

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．