2014 Fiscal Year Research-status Report
航空機構造の広域損傷検知のためのレーザー誘起プラズマによるLamb波の生成
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26630080
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| Research Institution | Shibaura Institute of Technology |
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Principal Investigator |
細矢 直基 芝浦工業大学, 工学部, 准教授 (40344957)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
梶原 逸朗 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60224416)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | Lamb波 / 損傷検知 / レーザーアブレーション / レーザーブレイクダウン / 衝撃波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
所望の振幅で複数モードのLamb波を，非接触かつ非破壊で，任意の複数箇所で同時に生成することで，航空機構造に対して広範囲かつ高効率な損傷検知を実現する．超音波プローブなどにより単一モードのLamb波を生成する方法が広く用いられているが，Lamb波の振幅の大きさや対象構造上の生成位置に制約があり，航空機構造には対応できない．本研究では，高い再現性を有するレーザー誘起プラズマによる衝撃波をインパルス入力として作用させることで，あえて複数モードのLamb波を任意の複数箇所で同時に生成し，これによる損傷検知を実現する．従来不可能であった航空機構造の広域損傷検知を高精度・短時間で実現できれば，整備効率・運航効率向上につながることから，実際にエアライン各社から大きな期待が寄せられている．
平成26年度では，以下の2点を検討した．
(i) レーザーアブレーションにより損傷検知に適したLamb波を生成するために，レーザーフルエンスとレーザーアブレーションによる加振力との関係を明らかにした．
(ii) レーザーフルエンスを変化させることで，インパルス状のLamb波を生成した．デジタルフィルタを用いることで，広帯域な周波数成分を含むLamb波から，所望の周波数成分のLamb波を抽出できた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成26年度は，本手法を航空機のような大型構造物に対する広域損傷検知に適用することを目指し，高出力Nd: YAGパルスレーザーを対象構造物表面に照射しレーザーアブレーションを発生させ，レーザーアブレーションによるインパルス加振力を用いてLamb波を生成し，応答をスキャニングレーザードップラー振動計で計測することで，入出力を非接触とした損傷検知システムを構築した．
レーザーアブレーションにより生成されるLamb波は，数百kHz程度の広周波数帯域の成分を含んでいることをスペクトル解析により明らかにした．また，このLamb波の各周波数帯域における伝播速度と理論的に得られた伝播速度とを比較したところ，最大で約4％の誤差であることがわかった．
本システムを用いたレーザーアブレーションにより生成されるLamb波は，従来のレーザー熱弾性により生成されるLamb波に比べ，Lamb波の振幅が数百倍程度と大きいため，計測におけるSN比が良く計測時の平均化回数を大幅に低減できることから，短時間での計測が実現できる．
レーザーアブレーションにより生成されるLamb波を，貫通亀裂を損傷と想定した損傷検知に適用したところ，このLamb波は，損傷部で反射したり，損傷部通過前後における振幅が変化したりすることがわかった．
以上より，当初の計画通り研究を実施し，成果が得られているため，概ね順調に進展している．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度は，航空機のような大型構造物に対する広域損傷検知に適用することを目指し，レーザーアブレーションによるインパルス加振力を用いてLamb波を生成し，応答をスキャニングレーザードップラー振動計で計測することで，入出力を非接触とした損傷検知システムを構築すると共に，本手法による損傷検知を実現できた．
平成27年度は，Lamb波による広域損傷検知を実現する．
達成目標：レーザーアブレーションおよびレーザーブレイクダウンにより生成されたLamb波を用いることで，クラック，デント，スクラッチ，孔などに対する損傷検知を実現する．
本年度は，(i) レーザーアブレーションによる損傷の防止法の検討，(ii) レーザーフルエンスの調節によるマルチパルス状の狭帯域な周波数成分を含むLamb波の生成，(iii) レーザーブレイクダウンによる衝撃波を用いたLamb波の生成，(iv) レーザー光の分光による多点同時加振法，の4点について検討する．
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| Causes of Carryover |
本年度は，レーザーアブレーションにより生成されたLamb波に対して，周波数成分の分析，再現性，レーザーフルエンスによる影響，波動伝播速度の検証，デジタルフィルタの検証などの基礎的検討を重点的に実施した．さらに，このLamb波を損傷検知に適用し，損傷検知システムの実現可能性を検討した．このような検討には，既存の設備で十分に検証できたため，次年度使用額が生じた．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度の研究費は，(i) レーザーアブレーションによる損傷の防止法の検討，(ii) レーザーフルエンスの調節によるマルチパルス状の狭帯域な周波数成分を含むLamb波の生成，(iii) レーザーブレイクダウンによる衝撃波を用いたLamb波の生成，(iv) レーザー光の分光による多点同時加振法，の4点を実施するための，光学部品購入費，高速度カメラレンタル，実験資材などに有効に使用する．また，研究打ち合わせなどの旅費としても使用する．さらに，得られた成果を国際会議や国際的な英文論文へ投稿するための費用として重点的に使用する．
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[Presentation] Lamb wave generation using laser ablation2015
Author(s)
Ryosuke Umino, Naoki Hosoya, Atsushi Kanda, Atsushi Yoshinaga, Itsuro Kajiwara
Organizer
International Conference on Engineering Vibration
Place of Presentation
University of Ljubljana, Ljubljana, Slovenia
Year and Date
2015-09-07 – 2015-09-11
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