海氷の機械的性質に関する超音波非破壊検査法の適用

2020 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 20K04955
• 研究機関: 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所
• 研究代表者: 松沢 孝俊 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (00443242)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 海氷の実験的再現

研究実績の概要

海氷の材料的特性としての超音波に対する応答を系統的に調査するため、実験用の氷を製氷する環境を整備した。まず、マイナス20℃からマイナス5℃に室温を調整できる低温室において、氷片を削り出し整形する資機材を設置した。また、低温室とは別の低温インキュベータ（冷凍庫）を用いて、氷の成長過程を側面から観察できる水槽を設計製作した。氷の成長の形態は環境によって変化するが、それは冷凍庫や低温室であっても同様である。そのため、上記資機材を用いて製氷を繰り返し、実験時の低温室やインキュベータの運転方法を確立するためのデータを取得した。
次に、海氷を模した氷（模型氷）を製氷するため、塩分と同様の凝固点降下を与える試薬を購入し、これを混合したものと純水とを同時に結氷させて比較する試験を行った。正式な材料強度試験は未実施であるが、製氷された氷の強度は明確に異なっており、この試薬が海氷を模擬できることを確認した。結晶構造についてもミクロな観察を行なったが、上記の製氷では結晶サイズをコントロールするための氷核散布をしておらず、自然成長した結晶となっていた。強度についてはスケールエフェクトがあるため、上記の製氷環境において有効な氷核散布方法を確立する必要があり、各種スプレーノズルやミスト噴霧など複数の手法を試行した。その結果、現在のところ微小粒径のスプレーノズルが繰り返しに対して最も安定した結晶の生成に適していたが、空間的なムラが避けられないため、これを解消する手法を今後さらに追求する。
また、本研究の主要機材となる超音波探傷機を導入した。市販されているキャリブレーション用の金属製試験体で操作方法の習熟を行なったが、出力を最適化するためにはさらなる操作ノウハウの蓄積が必要である。

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

初年度は実験を可能にする環境を整備することを目標としており、おおむねそれが達成されている。手法の面ではより適したものを追求すべきであるが、海氷を模擬した氷を製氷し分析することは可能となった。

今後の研究の推進方策

2年目は、計画通り氷の超音波に対する応答データを取得することを主眼とする。ただし、初期には製氷方法の最適化を引き続き検討し、それに基づく実験計画を第一四半期内に策定したのち、実施に移る予定である。

次年度使用額が生じた理由

当所計画していた低温室の設置が偶然別予算で執行されたので、その分の予算が残ったものである。ただし、超音波探傷機に低温対応付属品を追加等したため、一部は代替されている。
この残予算は、実験の進捗に伴って水槽や超音波プローブ等を増やし、効率を向上させるために使用する予定である。