超音波映像化技術とトポロジー最適化の融合による複合材の損傷同定システムの開発

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本研究では，複合材に発生した層間はく離形状を定量的に評価するため，超音波映像化技術にトポロジー最適化を組み合わせた損傷同定手法を開発した．2022年度は，これまでの研究成果を統合して，複合材積層板の層間はく離同定手法を構築し，手法の実現可能性を議論した．本手法では，層間はく離を表現する結合力要素の残留強度パラメータを損傷パラメータとし，超音波伝搬映像を再現する損傷パラメータ分布を数理最適化によって求めることで，層間はく離を推定する．手法の妥当性検証のため，超音波最大振幅値を評価関数に採用して，数値モデルに導入した層間はく離を推定したところ，積層板の表面繊維方向に対する超音波入射角が90°の場合に層間はく離形状を推定することに成功した．一方で，入射角0°では，はく離に対する最大振幅値分布の感度が低く，はく離形状を推定することができなかった．実際のクロスプライ積層板に導入した層間はく離に対して提案手法を適用した場合でも，数値実験と同様に，入射角90°では複雑な層間はく離形状まで推定することに成功したが，入射角0°では層間はく離を推定することができなかった．そこで，超音波伝搬映像に含まれる全波形データを評価関数に組み込んで数値実験を実施したところ，入射角0°でも層間はく離形状を推定することに成功した．これにより，速度変化や周波数変化といった振幅以外の超音波特徴量を評価関数に組み込めば，入射角によらず層間はく離を推定することができる可能性を示した．以上の研究成果により，実検査での提案手法の適用可能性を示し，損傷の定量的な評価に関する重要な知見を得たことから，超音波映像化技術とトポロジー最適化を組み合わせた複合材の損傷同定システムの基礎を確立できたものと考える．