Vehicle vibration inspecting method for high-speed railway structures

高速铁路结构车辆振动检测方法

• 批准号: 20K21013
• 负责人: 内藤 英樹
• 金额: $ 3.99万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-07-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K21013/
• 关键词: 非破壊検査; ヘルスモニタリング; コンクリート構造物; 機械学習; 異常検知; 振動試験; ひび割れ; 構造ヘルスモニタリング; 振動; AI

鉄道をはじめとするインフラ施設の老朽化対策が課題となっている。高速かつ高精度に構造物の内部を検査するために、本研究では、振動試験装置を移動体に組み込んだ走行式の非破壊検査法を開発する。ハードおよびソフト開発の進捗状況をそれぞれ以下に示す。ハード開発: 接触式加速度センサと小型加振器をキャタピラー機構に組み込み、構造物上を歩行速度で移動しながら、2.5m間隔で構造物内部を検査できる台車式点検装置を試作した。設計上は時速10kmまで速度を上げることができるが、そのためには、車体の強化や走行振動の軽減が課題として示された。また、構造物の測定間隔 (空間分解能) をより密にするためには、加振器とセンサを2セット準備して台車式点検装置に組み込めばよい。しかし、装置類 (製品)、資材、材料が市場から消えており、今年度中に振動試験装置を2セット揃えることは不可能であった。今後の納品の見通しも立たない状況である。ソフト開発: 前年度までに開発した波形処理プログラムをアップデートした。昨年度までは、センサと構造物との接触時間を0.5秒以上確保する必要があったが、今年度はFFT処理を見直すことにより、センサと構造物との必要接触時間を0.3秒に短縮できた。これにより、台車式点検装置をより速く移動することができるようになった。さらに、FFTによって得られる周波数応答関数を学習させた機械学習により、構造物内部のひび割れや空隙を検知できることが示唆された。そして、上記の台車式点検装置によってデータを高速かつ広範囲に集めることで、大量データを糧にして、械学習をさらに鍛えることができる。

面临的挑战是打击包括铁路在内的基础设施的老化。为了以高速和准确性检查结构的内部，这项研究将开发出一种行进的非破坏性检查方法，其中将振动测试装置纳入移动机构。硬件和软件开发的进度如下所示。努力开发：将接触加速度传感器和一个小的振动传感器纳入毛毛虫机构中，以及可以在步行速度下以2.5m的间隔检查结构时，可以以2.5m的间隔检查结构的内部。该设计允许提高速度至10公里/小时，但是实现这一目标的挑战是增强车身并减少驾驶振动。此外，为了更接近结构的测量区间（空间分辨率），可以准备两组振动激励器和传感器，并将其整合到手推车检查设备中。但是，由于设备（产品），材料和材料已经从市场上消失了，因此在这个财政年度内不可能库存两组振动测试设备。没有未来分娩的前景。软件开发：已更新到上一年的波形处理程序已更新。直到去年，有必要确保传感器和结构之间的接触时间至少为0.5秒，但是今年，通过审查FFT处理，我们能够减少传感器和结构之间所需的接触时间至少至少0.3秒。这允许手推车检查设备更快地移动。此外，建议训练通过FFT获得的频率响应函数的机器学习可以检测结构内部的裂纹和空隙。此外，通过使用上述手推车检查设备快速和广泛地收集数据，可以将大量数据用作进一步训练机器学习的能源。

项目成果

機械学習によるコンクリート構造物内部の空隙箇所の判定

使用机器学习确定混凝土结构内部的空隙位置

• 发表时间: 2021
• 作者: 村川達郎;藤咲友輔;内藤英樹;稲葉紅子;高橋貴蔵
• 通讯作者: 高橋貴蔵

A Portable Scanning Device for Local Vibration Testing of Concrete Structures

便携式混凝土结构局部振动测试扫描装置

• 发表时间: 2021
• 期刊: Proceedings of the 2nd International Conference on Structural Damage Modelling and Assessment
• 作者: Tatsuro Murakawa;Hideki Naito;Yusuke Fujisaku;Kohko Inaba;Takatada Takahashi
• 通讯作者: Takatada Takahashi

Detecting Delamination of Pavement Layers in Airfield Runways Using Local Vibration Testing and Machine Learning

使用局部振动测试和机器学习检测机场跑道路面层的分层

• 发表时间: 2021
• 期刊: Proceedings of the 2nd International Conference on Structural Damage Modelling and Assessment
• 作者: Yusuke Fujisaku;Hideki Naito;Yu Shirai;Takuya Maeshima;Sonoko Ichimaru;John E. Bolander
• 通讯作者: John E. Bolander

STUDY ON DETECTING VOIDS WITHIN A CONCRETE SLAB TRACK OF SHINKANSEN WITH NON-DESTRUCTIVE TESTING BY IMPACT ACOUSTICS

冲击声学无损检测新干线混凝土板轨内空洞检测研究

• DOI: 10.2208/jscejpe.78.1_1
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. E1 (Pavement Engineering)
• 作者: Y. Zhu;S. Asahi;and T. Kita;稲葉紅子，高橋貴蔵，渕上翔太，桃谷尚嗣，内藤英樹
• 通讯作者: 稲葉紅子，高橋貴蔵，渕上翔太，桃谷尚嗣，内藤英樹

機械学習を用いた空港滑走路アスファルト舗装の層間剥離評価手法の検討

基于机器学习的机场跑道沥青路面分层评价方法研究

• 发表时间: 2021
• 作者: 藤咲友輔;内藤英樹;白井悠;前島拓
• 通讯作者: 前島拓