日工の技術雑誌

超音波テクノ 2018年9-10月号
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U1809-10

超音波テクノ 2018年9-10月号

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■特集:超音波等を適用したプラントの保守検査
○レーザー超音波によるAM造形物の非破壊評価技術の開発
/(国研)産業技術総合研究所/佐藤 治道・佐藤 直子・小木曽久人
レーザー超音波法を用いたAM造形物の欠陥評価技術は、非破壊で欠陥検出や欠陥構造の解析ができるだけでなく、造形中に欠陥を検出するインプロセス非破壊検査技術として有望な手法と考えている。本稿では、その開発について言及し、その可能性を紹介する。

○架空送電設備の鋼管内面腐食に対するガイド波の適用事例
/(一財)電力中央研究所/福冨 広幸・大石 祐嗣
架空送電設備の鋼管鉄塔における腐食は環境や不めっきに関連して発生する。鋼管内部の腐食は内視鏡による点検が実施されているが、多大な費用と時間を要している。本研究では磁歪センサに用い、ねじりモードのガイド波による広域スクリーニングの有効性を調査することを目的とする。軸対称ねじりモードのガイド波により、鋼管における局所的な内面の腐食減肉を検知できることを確認し、実機での実証実験を実施した。

○L字型CFRP中を伝搬する超音波の三次元シミュレーション
/群馬大学/前原 佑・斎藤 隆泰
L字型CFRPの超音波非破壊検査を行う場合、CFRPの音響異方性が原因で、屈曲部分に存在する欠陥からの散乱波は複雑なものとなる。本稿では、有限要素法を用いて、屈曲部分周辺の超音波の伝搬挙動を紹介する。

○核破砕中性子源の水銀ターゲット容器溶接部に対する超音波検査技術
/日本原子力研究開発機構/涌井 隆・若井 栄一・直江 崇・粉川 広行・羽賀 勝洋・高田 弘/インサイト(株)/新宅 洋平・李 太玉/金属技研(株)/鹿又 研一
J-PARCの核破砕中性子源の水銀ターゲット容器は、多重薄肉の溶接構造物である。本機器の溶接検査において、水浸超音波探傷法やFMC/TFM機能を有するフェーズドアレイ超音波探傷法が有用であることを確認した。

○超音波伝播可視化によるCFRP板の剥離検査
/(国研)物質・材料研究機構/草野 正大・山脇 寿・渡邊 誠
レーザ照射による超音波励起は材料形状に影響されにくく、複雑形状部材の検査に適する。本稿では、この超音波伝播可視化技術の方法と原理について解説し、CFRPサンプルに存在する模擬欠陥の探傷事例を紹介する。

○固体材料組織の非線形挙動に関する超音波周波数応答解析
/FUT研究所/福原 熙明
固体材料の微視組織変化であるクリープ損傷は、線形システム理論を適用して周波数応答解析し超音波減衰によって生じる超音波伝搬エネルギー損失よって評価することが可能である。その際、減衰のみでなく音速変化も伴い、それらの結果として波形の変化が起っていた。クリープ損傷の機構(時系列的には転位密度の増加による加工硬化、ミクロボイドの発生、増加、成長、密度の減少、ミクロきれつ発生、成長、破断)に依存した損傷組織によるエコー波形の変化(波形の前後へのずれ、大きさの変化、波形の変化)を、弾性率の変化に起因する位相あるいは位相勾配の非線形性によるものとし、これを非線形指数の導入によって、組織変化の周波数応答解析による波形変化のシミュレーションによって実測波形と比較し、議論した。

○超音波探傷試験のためのFEM大規模・高速シミュレータの開発
/伊藤忠テクノソリューションズ(株)/池上 泰史・猿橋 正之
当社では、ソルバに高精度な解析手法である有限要素法を採用し、独自のアルゴリズムにより、これまで不可能であった数10億要素規模の超音波伝搬解析をクラスタPCやGPU上で高速に実行できるシミュレータを開発した。本稿では、当社の超音波探傷試験のためのFEM大規模・高速シミュレータ開発におけるハイブリッド法解析、複数GPUによる大規模高速解析、複数Job同時実行解析等の取り組みについて紹介する。

○船体へのフジツボ付着検知技術の検討
/(国研)海上・港湾・航空技術研究所/藤本 修平
船体への海洋生物付着防止の基礎として、船内からの超音波計測により船体外面へのフジツボ付着を検知する手法について検討した。実際にフジツボを付着させた試験片を計測し、実現可能性を示唆する結果を得た。

○石油・ガス探査と生産のための超音波坑壁画層検層技術の進歩
/シュルンベルジェ(株)/堀 宏・遠藤 健治・梶川 陽
本稿では、粒子フィルタをUTに応用し、1測点の欠陥エコーから空洞欠陥の位置と大きさを推定する方法を紹介することで、開閉口するき裂からの散乱波のシミュレーションとアレイ映像化への応用について紹介する。

○超音波パルスエコー波形を用いた粒子フィルタによる欠陥の位置と大きさの同定
/愛媛大学/中畑 和之
数値シミュレーションに実際の計測値をマージしながら、モデルの精度を向上させるデータ同化手法の一つに粒子フィルタがある。本稿では、粒子フィルタを超音波探傷試験に応用し、1測点の欠陥エコーから空洞欠陥の位置と大きさを推定する方法を紹介する。

○カットオフ周波数を利用した残存肉厚測定
/名古屋工業大学/藤井 祐貴・大竹 永晃・伊藤 智啓
円管を周方向に伝播するラム波のカットオフ周波数から、減肉部の残存肉厚を推定する測定法を紹介する。本測定手法では欠陥の広がり角と減肉の数の影響を受けず、管壁の2/3程度までの残存肉厚を推定できた。

■解説
〔超音波基礎〕
○縞状壁面をもつクント管内音響流の有限要素解析
/成蹊大学/和田 有司・弓削 康平
コルク粉などを散布した音響管内に定在波を励起すると、粉体が縞模様として整列する現象が知られている。この問題について有限要素法を用いて人為的な屈曲をもつ管内の音響流を求めることでメカニズムの解明を行う。

〔非破壊検査〕
○EMAR法による磁気ディスク円盤の性状評価
/日本テクノプラス(株)/浅野 鐵夫・花川 正人・児玉 功
電磁超音波共鳴法により、市販の磁気ディスク円盤(メーカー不明)の材料特性(縦波・横波音速、弾性的性質、内部摩擦)を評価した。その結果、縦波・横波音速から導かれる弾性率(ヤング率、剛性率)は、Ni-Pアモルファス膜のそれであることが明らかになった。

○CaBi4Ti4O15/Ba07Sr03TiO3の高温特性
/熊本大学/小林 牧子・山本 智也
カプラントおよびバッキング不要なゾルゲル複合体よる超音波トランスデューサは高温超音波測定応用において有望であり、カルシウムチタン酸ビスマス(CBT)圧電粉体とPZTゾルゲル相を組み合わせたCBT/PZTゾルゲル複合体は600℃連続使用可能な材料と考えられるが、ゾルゲル相の鉛成分が問題となる可能性がある。そこで、CBT圧電粉体と非鉛材料であるチタン酸バリウムストロンチウム(BST)ゾルゲル相を組み合わせたCBT/BSTの高温特性を調査したところ、この材料においても600℃において連続使用可能性が確認された。

〔超音波デバイス〕
○超音波振動子の共振周波数動的制御法
/東京大学/横澤 宏紀・森田 剛/Leibniz University Hannover/Jens Twiefel・Michael Weinstein
超音波振動子の共振周波数は設計時に固定され、駆動時に能動的制御することは一般には困難である。その一方で、複合振動子型モータや共振駆動型SIDMアクチュエータ等の駆動では、非線形特性や温度上昇などによって共振周波数が変化してしまうとその駆動特性が大きく低下する。本研究では、振動子に駆動用圧電素子とは別に共振周波数制御用圧電素子をランジュバン振動子に導入し、この電気的境界条件を制御することで共振周波数を駆動中に動的制御することを試みた。この振動子を用いて共振周波数制御用圧電素子に接続したFETをスイッチングすることで、一次共振周波数を30.37〜30.51kHzまで、三次共振周波数を89.08〜90.56kHzの間での制御に成功した。さらに、共振駆動型SIDMアクチュエータへの適応を検討するために、共振周波数比を1:2に動的制御するための振動子を設計した。

■連載
○圧電振動子を用いた超音波プローブの設計入門 第9回(最終回)
実測結果とシミュレーション結果の比較(受信波形と周波数スペクトル)
/桐蔭横浜大学/竹内 真一

○超音波接合の基礎とその応用 第1回
超音波の基礎
/ソノヤラボ(株)/園家 啓嗣

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