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2015 年度 実施状況報告書

コンクリート構造物の閉じたき裂評価のための低周波非線形超音波映像法の創出

研究課題

研究課題/領域番号 26630340
研究機関東北大学

研究代表者

小原 良和  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (90520875)

研究分担者 山中 一司  東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 教授 (00292227)
辻 俊宏  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70374965)
三原 毅  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20174112)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード非破壊検査 / 非線形超音波 / コンクリート / 閉じたき裂 / フェーズドアレイ / 欠陥検出
研究実績の概要

高度経済成長期に建設されたインフラ(トンネル、橋梁等)の経年劣化が社会問題となっているが、その安全性保障のための非破壊検査において、「閉じたき裂」は最難関課題だった。これまで、我々は閉じたき裂の映像法(subharmonic phased array for crack evaluation: SPACE)を開発し、金属試験片でその有効性を実証してきた。しかし、インフラの大半を占めるコンクリートは金属より遥かに不均質で高減衰のため、超音波の伝搬・散乱挙動が極めて複雑であり、これまでのMHz帯域のSPACEでは検査できない。そこで本研究では、コンクリート構造物の閉じたき裂の低周波非線形超音波映像法を創出することを目的とする。本年度は下記2項目を遂行した。

[1] 低周波送信探触子の設計・試作とレーザ振動計スキャンによる評価:昨年度は基礎的検討として受信に高額なレーザ振動計スキャンを用いていた。そこで本年度は、現場への適用性を考慮し、送受信可能な探触子の設計と試作を行った。素子からの音場だけではなく、電気インピーダンスも考慮しながら素子サイズを設計した。さらに、レーザ振動計による計測により、不感帯の原因も検討し、その低減にも成功した。その結果、大型の鉄鋼試験片において、これまでは観察できなかった底面エコーを明瞭に観察できることを確認した。尚、これらの探触子作製は平成28年度以降も継続する。

[2] 映像化アルゴリズムの構築:試作した探触子を用いて、映像化の基本性能を確認した。その結果、昨年度までは高額なレーザ干渉計が必要だったが、今回は送受信同一の探触子での計測ができる目途が立った。

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

当初の予定通り、進んでいる。

今後の研究の推進方策

「低周波送信探触子の改良」を引き続き遂行するとともに、より現場に近い試験片での実証試験を検討する。

次年度使用額が生じた理由

当初、初期設計に基づき低周波探触子を大量に作製しアレイ化を行う予定だったが、平成27年度に低周波送受信探触子の設計改良を続けた結果、当初の想定以上に大幅に性能が向上した探触子を試作できる目途が経った。そこで、改良された設計に基づき、次年度探触子を大量に試作し、アレイ化することで、当初の想定より高性能なアレイ探触子を実現できると考えられることから、探触子の大量作製を次年度に行うこととした。未使用額はその経費に充てることとしたい。

次年度使用額の使用計画

アレイ探触子作製の経費に使用する予定である。

  • 研究成果

    (25件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 1件、 査読あり 6件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 7件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] 閉じたき裂の非線形超音波映像法2016

    • 著者名/発表者名
      小原良和
    • 雑誌名

      日本機械学会誌

      巻: 119 ページ: 92-93

  • [雑誌論文] Closed-Crack Imaging and Scattering Behavior Analysis Using Confocal Subharmonic Phased Array2015

    • 著者名/発表者名
      Azusa Sugawara, Kentaro Jinno, Yoshikazu Ohara, Kazushi Yamanaka
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 54 ページ: 07HC08-1-8

    • DOI

      10.7567/JJAP.54.07HC05

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Subharmonic Phased Array for Crack Evaluation Using Surface Acoustic Wave2015

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Ouchi, Azusa Sugawara, Yoshikazu Ohara, Kazushi Yamanaka
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 54 ページ: 07HC05-1-6

    • DOI

      10.7567/JJAP.54.07HC08

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nonlinear Ultrasonic Phased Array Imaging of Closed Cracks Using Global Preheating and Local Cooling2015

    • 著者名/発表者名
      Yoshikazu Ohara, Koji Takahashi, Yoshihiro Ino, Kazushi Yamanaka
    • 雑誌名

      AIP Conference Proceedings

      巻: 1985 ページ: 080002-1-4

    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Imaging of Closed Cracks in Coarse-Grained Materials by Nonlinear Ultrasonic Phased Array2015

    • 著者名/発表者名
      Yoshikazu Ohara, Koji Takahashi, Yoshihiro Ino, Kazushi Yamanaka
    • 雑誌名

      Proceedings of Symposium on Ultrasonic Electronics

      巻: 36 ページ: 2P2-7-1-2

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Laser Ultrasonic Characterization of Additive Manufacturing Objects Fabricated by Powder Bed Fusion2015

    • 著者名/発表者名
      Harumichi Sato, Hisato Ogiso, Naoko Sato, Toru Shimizu, Shizuka Nakano, Yoshikazu Ohara, Kazushi Yamanaka
    • 雑誌名

      Proceedings of Symposium on Ultrasonic Electronics

      巻: 36 ページ: 3J3-4-1-2

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 低周波と高周波を組み合わせた閉じたき裂の非線形超音波計測2015

    • 著者名/発表者名
      小原良和
    • 雑誌名

      日本音響学会誌

      巻: 71(12) ページ: 682-688

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 複数モード非線形共鳴超音波スペクトロスコピーを用いた閉じたき裂の位置特定2015

    • 著者名/発表者名
      小原良和、Brian Anderson, T. J. Ulrich, Pierre-Yves Le Bas, Paul Johnson, Sylvain Haupert
    • 雑誌名

      非破壊検査

      巻: 64(12) ページ: 571-578

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 広域加熱・局所冷却と超音波フェーズドアレイによる閉じたき裂映像化の選択性向上2016

    • 著者名/発表者名
      小原良和、高橋恒二、猪慶弘、山中一司、三原毅
    • 学会等名
      圧電材料・デバイスシンポジウム2016
    • 発表場所
      東北大学、宮城
    • 年月日
      2016-02-08 – 2016-02-09
  • [学会発表] Nonlinear Ultrasonic Phased Array Imaging Methods for Closed Cracks2016

    • 著者名/発表者名
      Yoshikazu Ohara
    • 学会等名
      Seminar at Hanyang University
    • 発表場所
      韓国、ソウル
    • 年月日
      2016-01-27 – 2016-01-27
    • 招待講演
  • [学会発表] Nonlinear Ultrasonic Phased Array Imaging Methods for Closed Cracks2016

    • 著者名/発表者名
      Yoshikazu Ohara
    • 学会等名
      Seminar at Seoul National University of Science & Technology
    • 発表場所
      韓国、ソウル
    • 年月日
      2016-01-26 – 2016-01-26
    • 招待講演
  • [学会発表] 閉じたき裂の深さ計測のための非線形超音波映像法2015

    • 著者名/発表者名
      小原良和
    • 学会等名
      火力原子力発電協会 東北支部主催 研究発表会
    • 発表場所
      新潟第一ホテル、新潟
    • 年月日
      2015-11-26 – 2015-11-26
  • [学会発表] Imaging of Closed Cracks in Coarse-Grained Materials by Nonlinear Ultrasonic Phased Array2015

    • 著者名/発表者名
      Yoshikazu Ohara, Koji Takahashi, Yoshihiro Ino, Kazushi Yamanaka, Tsuyoshi Mihara
    • 学会等名
      The 35th Symposium on Ultrasonic Electronics (USE2015)
    • 発表場所
      つくば国際会議場、茨城
    • 年月日
      2015-11-05 – 2015-11-07
    • 国際学会
  • [学会発表] Laser Ultrasonic Characterization of Additive Manufacturing Objects Fabricated by Powder Bed Fusion2015

    • 著者名/発表者名
      Harumichi Sato, Hisato Ogiso, Naoko Sato, Toru Shimizu, Shizuka Nakano, Yoshikazu Ohara, Kazushi Yamanaka
    • 学会等名
      The 35th Symposium on Ultrasonic Electronics (USE2015)
    • 発表場所
      つくば国際会議場、茨城
    • 年月日
      2015-11-05 – 2015-11-07
    • 国際学会
  • [学会発表] High-Selectivity Ultrasonic Phased Array Imaging of Closed Cracks in Coarse-Grained Materials Using Global Preheating and Local Cooling2015

    • 著者名/発表者名
      Yoshikazu Ohara, Koji Takahashi, Yoshihiro Ino, Kazushi Yamanaka, Tsuyoshi Mihara
    • 学会等名
      日本非破壊検査協会 秋季講演大会
    • 発表場所
      北海道立道民活動センター、北海道
    • 年月日
      2015-10-15 – 2015-10-16
  • [学会発表] 最近の非線形超音波法の研究動向2015

    • 著者名/発表者名
      小原良和
    • 学会等名
      日本非破壊検査協会平成27年度第2回材料の非線形現象を利用した非破壊評価研究会
    • 発表場所
      東京工業大学、東京
    • 年月日
      2015-09-03 – 2015-09-03
  • [学会発表] 閉じたき裂の非線形超音波映像法の開発と最近の研究動向2015

    • 著者名/発表者名
      小原良和
    • 学会等名
      電力中央研究所セミナー
    • 発表場所
      電力中央研究所、神奈川
    • 年月日
      2015-08-21 – 2015-08-21
  • [学会発表] Nonlinear Ultrasonic Imaging of Closed Cracks in a Coarse Grained Stainless Steel by Global Preheating and Local Cooling2015

    • 著者名/発表者名
      Yoshikazu Ohara, Koji Takahashi, Yoshihiro Ino, Kazushi Yamanaka
    • 学会等名
      The 42nd Annual Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation (QNDE)
    • 発表場所
      アメリカ、ミネアポリス
    • 年月日
      2015-07-27 – 2015-07-31
    • 国際学会
  • [学会発表] Crack Length Measurements by Subharmonic Phased Array for Crack Evaluation with Surface Acoustic Wave with Water Immersion2015

    • 著者名/発表者名
      Yoshikazu Ohara, Akihiro Ouchi, Juri Saito, Kazushi Yamanaka
    • 学会等名
      The 42nd Annual Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation (QNDE)
    • 発表場所
      アメリカ、ミネアポリス
    • 年月日
      2015-07-27 – 2015-07-31
    • 国際学会
  • [学会発表] Ultrasonic Phased Array Imaging of Closed Cracks Using Global Preheating and Local Cooling (GPLC)2015

    • 著者名/発表者名
      Yoshikazu Ohara
    • 学会等名
      Seminar at Laboratoire d'Imagerie Parametrique, UPMC(Universite Pierre et Marie Curie)
    • 発表場所
      フランス、パリ
    • 年月日
      2015-07-13 – 2015-07-13
  • [学会発表] Closed-Crack Imaging by Nonlinear Ultrasonic Phased Array with Global Preheating and Local Cooling (GPLC)2015

    • 著者名/発表者名
      Yoshikazu Ohara, Koji Takahashi, Yoshihiro Ino, Kazushi Yamanaka
    • 学会等名
      The 20th International Conference on Nonlinear Elasticity in Materials (ICNEM)
    • 発表場所
      ベルギー、ブルージュ
    • 年月日
      2015-07-05 – 2015-07-10
    • 国際学会
  • [学会発表] Measurement of Crack Length Using Subharmonic Phased Array for Crack Evaluation with Surface Acoustic Wave (SAW SPACE)2015

    • 著者名/発表者名
      Yoshikazu Ohara, Akihiro Ouchi, Juri Saito, Kazushi Yamanaka
    • 学会等名
      The 20th International Conference on Nonlinear Elasticity in Materials (ICNEM)
    • 発表場所
      フランス、リヨン
    • 年月日
      2015-07-05 – 2015-07-10
    • 国際学会
  • [学会発表] Nonlinear Ultrasonic Phased Array Imaging of Closed Crack Using Global Preheating and Local Cooling2015

    • 著者名/発表者名
      Yoshikazu Ohara, Koji Takahashi, Yoshihiro Ino, Kazushi Yamanaka
    • 学会等名
      20th International Symposium on Nonlinear Acoustics (ISNA)
    • 発表場所
      フランス、リヨン
    • 年月日
      2015-06-29 – 2015-07-03
    • 国際学会
  • [学会発表] 閉じたき裂の長さ計測のための表面波を用いたサブハーモニック超音波フェーズドアレイ2015

    • 著者名/発表者名
      小原良和、大内彬寛、菅原あずさ、齋藤樹里、山中一司
    • 学会等名
      非破壊検査総合シンポジウム(平成27年度第1回材料の非線形現象を利用した非破壊評価研究会)
    • 発表場所
      非破壊検査協会、東京
    • 年月日
      2015-06-02 – 2015-06-03
  • [備考] 三原研究室-研究成果

    • URL

      http://www.material.tohoku.ac.jp/~hyoka/database_jp.html

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公開日: 2017-01-06  

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