2015 Fiscal Year Research-status Report
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26820004
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
黒川 悠 東京工業大学, 大学院理工学研究科, 助教 (40513461)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 非破壊検査 / 超音波 / 表面粗さ / 裏面粗さ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
供用中の配管や材料の裏面粗さは腐食やエロージョン，スケールの付着等の劣化の度合いと関連している．表面粗さは触針法やレーザー顕微鏡を用いた手法で計測するのが一般的であるが，これらの手法で表面の反対側，すなわち裏面の粗さを直接測定することはできない．裏面粗さを非破壊的に評価できれば，上記の劣化の度合いを評価できる可能性がある．
本研究では，超音波を試料内部に入射し，裏面で反射・散乱した超音波の強度を基に試料裏面の粗さを非破壊的に評価する手法を確立する．これまでに，粗さを有する裏面に超音波が入射した際の反射強度を，入射波が調和平面波であると仮定して，モード変換を考慮したKirchhoff近似を用いて計算し，裏面の粗さと反射波の強度の関係を順解析で調査して，反射した超音波の強度から裏面粗さを評価するための評価式を求めた．次に差分法による数値シミュレーションを行い，数値計算で得た評価式から粗さの評価を行ったが，実際に用いる超音波は広い帯域を有するパルス波である．そこで，超音波の強度を評価する手法として，包絡線やpeak-to-peakを用いる手法に加え，信号からフーリエ解析やウェーブレット解析を用いて特定の周波数成分を抽出する手法を検討し，粗さの評価精度を検証した．その結果，波形の包絡線を求め，波形のピーク周波数に対応する粗さ評価式を用いれば粗さの評価精度が向上し，10%程度の誤差で粗さを評価できることを示した．
次に，裏面に機械加工で粗さを付与した試験片を用いて実験を行い，粗さの評価精度を検証した．その結果，超音波を送受信する探触子と試験片の接触状態が変化すると受信波形が無視できないほど変化し，数値シミュレーションと比較して粗さの評価精度が低下することが明らかになった．そこで，接触状態を一定に保つための冶具を設計し，製作した．
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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
裏面形状の相関長さと粗さの評価精度の関係を調査した結果，相関長さが長すぎる場合や短すぎる場合，粗さ評価の誤差が大きくなることが明らかになった．そこで入射する超音波の波長や入射角，照射面積を変化させながら，相関長と粗さ評価の誤差の関係をKirchhoff理論を基に調査した．
また，Kirchhoff理論を基に裏面で反射した超音波の強度を求める評価式を提案したが，この計算では入射波は単一周波数の連続波であると仮定している．一方，超音波を用いた非破壊検査では一般に連続波ではなくパルス波が用いられるが，パルス波は広い帯域の周波数成分を含むため，Kirchhoff理論の仮定と乖離がある．そこで，超音波の強度を評価する手法として，包絡線やpeak-to-peakを用いる手法に加え，信号からフーリエ解析やウェーブレット解析を用いて特定の周波数成分を抽出する手法を検討し，差分法による数値シミュレーションを用いて粗さの評価精度を検証した．その結果，波形の包絡線を求め，波形のピーク周波数に対応する粗さ評価式を用いれば粗さの評価精度が向上し，10%程度の誤差で粗さを評価できることを示した．
併せて，基礎的な実験を行うために，半円柱状の試験片を製作し，裏面に機械加工で粗さを付与して，試験片の円周上で垂直探触子を用いて超音波を送受信して粗さの評価を行った．その結果，超音波を送受信する探触子と試験片の接触状態が粗さの評価結果に大きく影響を与えることが明らかになった．そこで，探触子と試験片の接触状態を一定に保つための冶具を設計し，製作した．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの成果を踏まえ，引き続き裏面に機械加工で人工的に粗さを付与した半円柱状の試験片を製作し，製作した冶具を用いて実験を行う．それとともに，腐食，エロージョン，スケールの付着等，種々の要因で裏面が劣化した試験片も用意して実験を行う．理論，実験の両面から粗さの測定精度の向上を試み，高精度で裏面粗さを評価できる条件を求め，必要に応じて粗さを高精度で測定できる超音波探触子を設計し，製作して実験を行う．また，入射する超音波の波長，入射角，照射面積，裏面形状の相関長さと粗さ評価の誤差の関係を定量的に明らかにする．
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| Causes of Carryover |
腐食，エロージョン，スケールの付着等，種々の要因で裏面が劣化した試験片を製作する前に，基礎的な試験片を製作して検討を行うこととしたため繰越金が生じた．
また，当初は海外での成果発表を予定していたが，国内で開かれた国際会議で成果発表を行ったため当初より旅費が安くなった．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
繰越金を使用して28年度に試験片を製作する．
また，28年度は海外でも成果発表を行うため，それに使用する．
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