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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

超声成像技术与拓扑优化相结合开发复合材料损伤识别系统

基本信息

批准号：
20J21916
负责人：
龍薗一樹
金额：
$ 1.98万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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．

In this study, the development of composite materials, interlayer separation shape, quantitative evaluation, ultrasonic imaging technology, optimization, assembly, damage identification method was developed. In 2022, the research results of this study were integrated, and the possibility of realizing the interlayer separation identification method of composite laminates was discussed. The method is to obtain the residual strength of the bonding force element, the damage distribution of the ultrasonic image, and the mathematical optimization of the interlayer separation. The accuracy of the method is verified by using the maximum amplitude value of the ultrasonic wave. The number of values is used to estimate the interlayer separation. The ultrasonic incident angle of the laminate surface is 90°. A square, incident angle 0°, the maximum amplitude value distribution sensitivity of the opposite angle is low, the shape of the opposite angle is estimated. In practice, the layer-to-layer separation method is applicable to the case where the number of values is equal to the incident angle of 90°, the layer-to-layer separation shape is estimated successfully, and the incident angle of 0° is estimated. For example, the ultrasonic wave transmission image contains the full waveform, the evaluation number, the number, the incidence angle 0°, the interlayer separation shape, and the estimation result. For example, the velocity variation, the frequency variation, and the amplitude variation of ultrasonic characteristics are evaluated in relation to the number of groups, the incidence angle, and the interlayer separation. The above research results show that the feasibility of the proposed method is applicable, and the important knowledge related to the quantitative evaluation of damage is obtained. The ultrasonic imaging technology and optimization are combined to establish the basis for the damage determination of composites.