| 研究課題/領域番号 |
20H02221
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
鎌田 敏郎 大阪大学, 工学研究科, 教授 (10224651)
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| 研究分担者 |
寺澤 広基 大阪大学, 工学研究科, 助教 (50750246)
内田 慎哉 富山県立大学, 工学部, 准教授 (70543461)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | コンクリート中鋼材 / 鋼材腐食 / 腐食性生物 / 電磁場応答 |
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| 研究実績の概要 |
前年度において構築した「鋼材表面近傍における腐食の電磁場応答モデル」に基づき、外部より印加する動磁場により腐食部の電磁場応答を能動的に制御し、かぶりコンクリート表面近傍における電磁場応答のマクロセンシングが最適化される条件を明らかにした。具体的には、鋼材表面近傍の腐食状況を近似する磁気双極子モーメント、あるいはこれと等価な微小ループ電流を要素とする腐食モデル要素群が、空間を介してコンクリート表面近傍に電磁場応答を伝達する過程を、Maxwell方程式の電磁場理論解析モデルを用いて定式化した。
一方、電磁場理論解析ツールとしては、磁性体におけるMaxwell方程式に基づく解析ツール（Matlab他）、電磁場有限要素法解析（PHOTO-eddy、PHOTO-jω）を用いて定量的に評価した。これにより、動磁場により鋼材に誘起される渦電流の分布を解析し、最適な励磁コイルの配置を明らかにした。また、位相敏感検波回路を導入し、動磁場の振幅、位相の変化を高感度に計測できる受信システムを構築した。次に、切削により腐食による断面欠損を模擬した試験体、および空気中で塩水による乾湿繰り返し試験により腐食状況を模擬した試験体を作製し、電磁場応答を精度よく計測できる高感度磁気センサ（GMRセンサ、MIセンサ）、およびサーチコイルを用いて鋼材表面近傍における磁気分布を計測し、腐食パターンと電磁場理論解析モデルにより算出されるかぶりコンクリート表面近傍の電磁場応答の関係を実験的に評価した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初の計画通り、本研究が目的としている3つのテーマ：①腐食に伴う鋼材表面のミクロな磁性変化を、コンクリート表面近傍における空気中での電磁場応答として捉え、定量化する。②コンクリート表面近傍で検出した定量化データを、静磁場、動磁場により能動的に制御し、コンクリート中でのミクロな磁気現象に変換することで、コンクリート表面近傍において鋼材表面の腐食状況を適確に評価可能なマロセンシング手法として確立する。③コンクリート表面近傍における空気中での電磁場応答を基に鋼材表面の腐食状況を「逆問題解析」に基づきイメージングするのうち、いずれのテーマにおいても、計画に基づいた進捗を行っている。
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| 今後の研究の推進方策 |
今年度、鋼材表面近傍の腐食状況を近似する磁気双極子モーメント、あるいはこれと等価な微小ループ電流を要素とする腐食モデル要素群が、空間を介してコンクリート表面近傍に電磁場応答を伝達する過程を、Maxwell方程式の電磁場理論解析モデルを用いて定式化した。次年度は、かぶりコンクリート表面近傍の電磁場応答から逆問題解析により「鋼材表面近傍における腐食の電磁場応答モデル」を用いて鋼材表面近傍の腐食状況をイメージングする開発を行う。具体的には、磁気双極子モーメント、あるいはこれと等価な微小ループ電流のパラメータを要素とする電磁場応答モデルにおいて、腐食状況をカテゴライズした腐食モデルからパターン認識手法で候補パターンを選択し、適応フィルタを導入することにより分布状況、パラメータの調整を行い、腐食状況の特性値を算出する。また、特性値に基づきイメージングを行う。さらにこの過程を学習することにより、効率的なイメージング処理を確立することを目標とする。
電磁場理論解析ツールとしては、前年度に引き続き、磁性体におけるMaxwell方程式に基づく解析ツール（Matlab他）、電磁場有限要素法解析（PHOTO-eddy、PHOTO-jω他）を用いて評価する。また、空気中で腐食状況を模擬した試験体を作製し、電磁場応答を精度よく計測できる高感度磁気センサ（GMRセンサ、MIセンサ、MRセンサ、サーチコイル）を用いて計測を行う。得られたデータは大容量データ記録装置に格納し、データベースを構築する。
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