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 芝浦工業大学と北海道大学は、構造物の損傷を非接触で高精度に検知するシステムを開発したと発表した(ニュースリリース)。芝浦工業大学機械機能工学科准教授の細矢直基氏と、北海道大学大学院工学研究院教授である梶原逸朗氏らの研究グループによるもの。構造物の表面に高出力のパルスレーザーを照射して数十nmの弾性波を伝播させ、それを計測することで構造物の損傷を捉える。航空機のような大型構造物への展開を目指す。

 同システムでは、レーザーアブレーション(表面にレーザー光を照射するとプラズマが発生し、固体表面の構成物質が爆発的に放出される現象:LA)を発生させて、対象となる構造物にインパルス加振力を作用させる。それによって生成されたLamb波の伝播を計測する。今回の研究では、従来比で約100倍強い振幅の振動を発生させることに成功し、損傷部分を明確に検知できるようになった。これまでの1/50程度の時間で検査が可能とする。

 Lamb波は、減衰が小さく長距離伝播する弾性波。その生成方法としては、圧電デバイスなどによる接触式やレーザー熱弾性などによる非接触式などがあるが、これらの手法は検査対象が液体中にあったり高温環境下にあったりすると適用が難しいという。それに対して新システムは、LAによって非接触でインパルス加振力を生成できる技術を利用することで、水中などにある検査対象でもLamb波の生成が可能だ。ジュラルミン製の平板に伝播するLamb波をレーザードップラー振動計により可視化し、その伝播を観察することで、人工的に設けた貫通亀裂の検知にも成功したという(図、実験動画)。

図:ジュラルミン製の平板に伝播したLamb波
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図:ジュラルミン製の平板に伝播したLamb波