体積力法逆解析による3次元表面き裂のオンライン測定システムの開発

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本研究は,物体表面より測定されたひずみ情報に基づき,体積力法を援用した逆問題数値解析を施すことにより,構造物中に存在するき裂等の欠陥の位置および寸法をオンラインで計測できるシステムの開発を目的としている.これまでの研究において,き裂位置,傾斜核,き裂深さが未知である2次元斜め縁き裂ならびにき裂位置,き裂表面長さ,き裂深さが未知である3次元半だ円表面き裂の同定問題の解析を行い,未知パラメタが精度良く同定できるスキームの開発に成功している.開発した効率的同定解析プログラムは、汎用ワークステイションによりデータ入力後約1分程度でき裂位置,寸法が求まるようになっている.本年度では,本測定システムのより実用的な問題への適用を主眼としてシステムの有効性を検証した.まず,物体表面に斜めに入った三次元表面き裂の内部情報,すなわちき裂深さと傾斜角を推定する問題を取扱った.その際,き裂の位置および表面き裂長さを既知であるものとした.また,定期点検においては構造物の使用が中断されている場合が多いことを考慮して,き裂近くの物体表面に集中力を負荷しそれによって生じるひずみ分布を基に,き裂内部情報の推定を行った.高精度な同定を行うために,最適な集中力を負荷する位置やひずみデータの数などについて検討を行った.次に,2次元傾斜縁き裂の同定解析プログラムを用いて,実測と同程度の誤差を乱数によって発生させ,誤差を含むひずみ情報を用いて数値実験を行い,測定誤差が同定結果に及ぼす影響について考察した.その結果,(1)強度評価上重要なき裂の投影長さは,ひずみの誤差の影響は小さく比較的精度良く求まる,(2)ひずみ測定誤差の影響を小さく抑えるためには,き裂によるひずみ変化の大きい位置を測定点とすること,とくに荷重方向のひずみを精度良く測定することが重要である,などの知見が得られた.