ディープニューラルネットワークを用いた光弾性CT法による3次元応力推定の精度向上

利用深度神经网络提高光弹性 CT 方法的 3D 应力估计精度

• 批准号: 22K20398
• 负责人: 今井 健太郎
• 金额: $ 1.83万
• 依托单位: Gunma University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-08-31 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K20398/
• 关键词: 応力解析; ディープニューラルネットワーク; 光弾性実験法

本研究の目的は，光弾性CT法を実用化することである．応力が作用している材料を光が透過すると，応力状態に応じて光の偏光状態が変化する．この性質(光弾性)を利用し，カメラで検出した偏光状態から2次元の応力分布を推定する手法が光弾性実験法である．光弾性CT法は，複数の方向から光弾性実験を実施し，それらの結果から3次元の応力分布を算出する．その実現のために，ディープニューラルネットワーク(DNN)を用いた推定モデルの構築と，実機実験による検証を繰り返し，精度よく応力分布を推定可能な手法の確立を目指す計画である．まず，DNNモデルを構築するためのプログラムを作成した．(1)汎用有限要素法ソフトから出力された節点の座標および各応力成分の値を読み取り，再配置する．(2)ジョーンズ計算法により光の経路に沿った光弾性の影響を計算し，カメラ位置における偏光状態を算出する．(3)カメラで取得するのと同様のデータ形式に変換し，DNNの入力データとして取り込む．(4)元の応力分布を教師データとし，DNNの学習を行う．(5)再構成された結果を定量的に評価する．以上の一連の処理を行うプログラムを作成した．また，応力分布の類似度を定量的に評価する手法を検討し，DNNの最適化アルゴリズムに適用することで推定精度が変化することを確認した．実機実験を行うための実験装置の設計も進めている．具体的には，一台のカメラで複数方向からの撮影を可能とするための回転機構と，応力を生じさせるための外力負荷機構を備え，また回転中心や撮影位置を一致させるための位置調整機能を搭載する．また，試料界面での光の屈折の影響を低減するため，高屈折率の液体を保持する水槽内部に試料を固定する台を設置し，水槽外部から非接触伝達機構により試料を回転させる．現在，物品の選定および発注を行っている．

The purpose of this study is to apply the optical CT method. The force acting on the material causes light to pass through, and the force state causes light to change its polarization state. This property (optical property) is used to estimate the polarization state, the two-dimensional optical force distribution and the optical property method. The optical CT method is applied to the optical field in multiple directions, and the results are calculated from the three-dimensional force distribution. For example, if a force distribution is estimated, the accuracy of the force distribution is estimated, and the method of establishing the target plan is determined. In addition, the platform for building DNN monitors has been completed. (1)The finite element method is used to calculate the coordinates of the nodes and the values of the force components. (2)The calculation method calculates the influence of optical properties along the optical path, and calculates the polarization state along the optical path. (3)The DNN's entry force is determined by changing the form of the same file. (4)The power distribution of the elements is the teacher's choice. (5)The quantitative evaluation of the results of reconstruction. The above series of processing is carried out in a timely manner. The method of evaluating similarity of force distribution is discussed and the accuracy of estimation is confirmed. The design of the equipment is advanced. Specifically, the position adjustment function of the rotation center and the position adjustment function of the rotation center is equipped with a rotation mechanism, a force generation mechanism and an external load mechanism. The influence of refraction of light on the sample interface is reduced, and the liquid with high refractive index is kept. The sample is fixed inside the tank. The sample is returned to the outside of the tank by a non-contact mechanism. Now, the item's selection is in progress.