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2021 年度 実績報告書

ソフトマター薄膜中の超音波の伝搬特性の解明と非破壊検査技術への応用

研究課題

研究課題/領域番号 20K21022
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)

研究分担者 丸山 泰蔵  愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 講師 (90778177)
研究期間 (年度) 2020-07-30 – 2022-03-31
キーワード非破壊評価 / ソフトマター / 薄膜 / ガイド波 / 広視野可視化
研究実績の概要

薄く柔らかいシート状の材料(ソフトマター)を非破壊検査するために,波動を利用することを考える.しかし,連続体力学の枠組みの中でソフトマターに対する波動の数理モデルの検討はあまり行われていない.R2年度は,主として計測実験システムを構築して,ソフトマター薄膜の動的挙動の計測を行った.その際,ポリイミド膜の振動の伝搬速度よりも速い速度で伝搬する波動成分を観測した.これがガイド波であると推定し,R3年度は主としてガイド波の数理モデルの構築を行った.
薄い材料中を伝搬する波動を扱う場合には,ガイド波としてのモデル化が必要となる.ガイド波は分散性(伝搬速度の周波数依存性)と重畳性(複数の波動モードの存在)を発現するため,分散曲線と各モードの振動分布を把握する必要がある.ここでは,半解析的有限要素法(SAFE)をベースに薄膜のガイド波の分散関係を数値的に求めるコードを作成した.材質や形状によっては分散関係が入り組み,同一モードのつながりを把握することが困難になる場合がある.ここでは,SAFEに連続法を適用し,モード毎にソートした計算を行うことで,複雑な断面を有する材料においても伝搬モードを明確に区別する方法を開発した.この結果,ポリイミド中を伝搬する波動の音速は,SAFEで計算した低次のモードの音速と同程度であることが分かった.分散性を確認するには多点計測が必要であるので,引き続き検討していく.また,粘弾性を考慮したSAFEについては,既にコーディングが終わっており,材料を変えて実験との比較を行うことが課題である.
また,ソフトマターは面外変位が大きいことから,高速カメラによる全視野トラッキングの適用可能性も検討した.この結果,ポリイミド膜の振動の伝搬については可視化することが確認できた.

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2021

すべて 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件)

  • [学会発表] 膜部材中を伝搬する波動と振動に関する実験的検討2021

    • 著者名/発表者名
      中村蒼嗣,丸山泰蔵,中畑和之
    • 学会等名
      日本機械学会 2021年度年次大会
  • [学会発表] A Numerical Continuation Approach to Semi-Analytical Finite Element System for Dispersion Curve Calculation2021

    • 著者名/発表者名
      Kazuyuki Nakahata, Taizo Maruyama
    • 学会等名
      IUTAM SYMPOSIUM, Computational methods for large-scale and complex wave problems
    • 国際学会
  • [学会発表] Continuous Mode Tracking Method of Guided Wave in Water-filled Pipe Using Finite Element Analysis2021

    • 著者名/発表者名
      Kazuyuki Nakahata, Taizo Maruyama
    • 学会等名
      The 42nd Symposium on Ultrasonic Electronics
    • 国際学会
  • [学会発表] 連続法を用いたガイド波の伝搬モードの追跡解析2021

    • 著者名/発表者名
      中畑和之, 浜田眞克, 丸山泰蔵
    • 学会等名
      日本非破壊検査協会 秋季講演大会

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公開日: 2022-12-28  

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