JP4696243B2 - Young's modulus estimation method, Young's modulus estimation program, and Young's modulus estimation apparatus - Google Patents

Young's modulus estimation method, Young's modulus estimation program, and Young's modulus estimation apparatus Download PDF

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Description

本発明は、木材等の部材のヤング率を推定するためのヤング率推定方法、ヤング率推定プログラム及びヤング率推定装置に関する。   The present invention relates to a Young's modulus estimation method, a Young's modulus estimation program, and a Young's modulus estimation apparatus for estimating the Young's modulus of a member such as wood.

例えば、木造建築物の修理・改築・建替え等において、使用されている構造部材の継続使用、再使用が可能かどうかを判定するために、その構造部材の保有強度性能を知る必要がある。従来は、その判定を熟練大工の経験等に基づく主観的な評価によって行われていることが多く、構造部材の保有強度性能を客観的に、すなわち数値的に評価することが求められている。
このように構造部材の保有強度性能を数値的に評価するための方法としては、例えば以下のものがある。
(1)「負荷法」:構造部材に圧縮・引張・曲げなどの静的負荷を加えて、荷重と構造部材の変形との関係における比例定数を求める方法。
(2)「周波数解析法(打撃法)」:構造部材をハンマーで打撃し、打撃音をマイクロフォンで集音し、周波数分析器を用いて固有振動数を求めるとともに、構造部材の重量・体積を測定し、所定の関係式によりヤング率を算出する方法(下記特許文献1参照)。
(3)「超音波法」:超音波センサによって構造部材内の超音波の音速を測定するとともに、構造部材の密度を測定し、これらの超音波の音速及び密度から所定の関係式によりヤング率を算出する方法。
(4)「応力波法」:応力波伝播速度測定器を用いて構造部材内における応力波伝播速度を測定するとともに、構造部材の密度を測定し、これらの応力波伝播速度及び密度から所定の関係式によりヤング率を算出する方法(下記特許文献2参照)。
特公平6−78974号公報 特公昭40−18194号公報
For example, it is necessary to know the strength performance of the structural member in order to determine whether it can be used continuously or reused in repairing / reconstructing / reconstructing a wooden building. Conventionally, the determination is often made by subjective evaluation based on the experience of a skilled carpenter and the like, and it is required to objectively evaluate the strength strength performance of the structural member, that is, numerically.
As a method for numerically evaluating the strength strength performance of the structural member as described above, for example, there are the following methods.
(1) “Load method”: A method in which a static load such as compression, tension, or bending is applied to a structural member to obtain a proportional constant in the relationship between the load and the deformation of the structural member.
(2) “Frequency analysis method (striking method)”: striking a structural member with a hammer, collecting impact sound with a microphone, obtaining a natural frequency using a frequency analyzer, and calculating the weight and volume of the structural member. A method of measuring and calculating Young's modulus by a predetermined relational expression (see Patent Document 1 below).
(3) “Ultrasonic method”: The ultrasonic velocity in the structural member is measured by an ultrasonic sensor, the density of the structural member is measured, and the Young's modulus is calculated from the ultrasonic velocity and density of the ultrasonic wave according to a predetermined relational expression. How to calculate
(4) “Stress wave method”: A stress wave propagation velocity measuring device is used to measure the stress wave propagation velocity in the structural member, and the density of the structural member is measured. A method of calculating Young's modulus by a relational expression (see Patent Document 2 below).
Japanese Examined Patent Publication No. 6-78974 Japanese Patent Publication No. 40-18194

しかしながら、上記負荷法では、構造部材の断面形状を特定する必要があり、断面形状が不定形な構造部材については正確な数値測定が難しくなるという問題がある。一方、上記した従来の周波数解析法、超音波法及び応力波法では、いずれも構造部材の密度を把握する必要があり、特に木造建築物に組み込まれたままで構造部材の保有強度性能を評価することが困難という問題がある。また、超音波法では、構造部材と超音波センサとの密着度に応じて超音波が減衰するため、両者の密着性が問題となり、未だ実験室レベルを超えておらず、実用性に欠ける。   However, in the load method, it is necessary to specify the cross-sectional shape of the structural member, and there is a problem that accurate numerical measurement is difficult for a structural member having an indefinite cross-sectional shape. On the other hand, in the conventional frequency analysis method, ultrasonic method and stress wave method described above, it is necessary to grasp the density of the structural member, and in particular, the strength strength performance of the structural member is evaluated while being incorporated in the wooden building. There is a problem that it is difficult. In the ultrasonic method, since the ultrasonic wave attenuates in accordance with the degree of adhesion between the structural member and the ultrasonic sensor, the adhesion between the two becomes a problem, and has not yet exceeded the laboratory level and lacks practicality.

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、その目的は、測定対象部材の密度を直接測定することなく保有強度性能を客観的に評価することを可能とするヤング率推定方法、ヤング率推定プログラム及びヤング率推定装置を提供するところにある。   The present invention has been completed based on the above circumstances, and its purpose is Young's modulus that makes it possible to objectively evaluate retained strength performance without directly measuring the density of a member to be measured. An estimation method, a Young's modulus estimation program, and a Young's modulus estimation apparatus are provided.

上記の目的を達成するための手段として、請求項1の発明に係るヤング率推定方法は、測定対象部材の応力波伝播速度を測定し、部材のヤング率−密度関係の実測データベースの範囲内に存在し得る複数の第1密度を規則的または不規則的に抽出し、当該各第1密度ごとに以下のステップ(A)〜(C)を繰り返し行うことで、前記応力波伝播速度に対応する前記測定対象部材のヤング率を推定する。
(A)前記実測データベースの回帰線と、前記第1密度とに基づきヤング率を抽出するヤング率抽出ステップ、
(B)所定の第1関係式に基づき、前記ヤング率抽出ステップで抽出された抽出ヤング率及び前記応力波伝播速度に対応する第2密度を算出する密度算出ステップ、
(C)前記第1密度と前記第2密度との誤差が設定許容範囲内にあることを条件に、前記抽出ヤング率を推定ヤング率として決定する推定ヤング率決定ステップ。
なお、本発明において「規則的に抽出」とは予め定めた順番で抽出することを意味し、「不規則的に抽出」とは例えば乱数発生法を利用してランダムに任意抽出することを意味する。
As a means for achieving the above object, the Young's modulus estimation method according to the invention of claim 1 measures the stress wave propagation velocity of the member to be measured, and falls within the range of the measured database of the Young's modulus-density relationship of the member. A plurality of first densities that may exist are extracted regularly or irregularly, and the following steps (A) to (C) are repeated for each first density, thereby corresponding to the stress wave propagation velocity. The Young's modulus of the member to be measured is estimated.
(A) A Young's modulus extraction step of extracting a Young's modulus based on the regression line of the actual measurement database and the first density;
(B) a density calculating step for calculating a second density corresponding to the extracted Young's modulus extracted in the Young's modulus extracting step and the stress wave propagation velocity based on a predetermined first relational expression;
(C) An estimated Young's modulus determining step for determining the extracted Young's modulus as an estimated Young's modulus on the condition that an error between the first density and the second density is within a setting allowable range.
In the present invention, “regularly extracted” means extracting in a predetermined order, and “irregularly extracted” means arbitrarily extracting randomly using, for example, a random number generation method. To do.

請求項2の発明に係るヤング率推定方法は、測定対象部材の長さ及び固有振動数を測定し、部材のヤング率−密度関係の実測データベースの範囲内に存在し得る複数の第1密度を規則的または不規則的に順次抽出し、当該各第1密度ごとに以下のステップ(A)〜(C)を繰り返し行うことで、前記測定対象部材の長さ及び固有振動数に対応する前記測定対象部材のヤング率を推定する。
(A)前記実測データベースの回帰線と、前記第1密度とに基づきヤング率を抽出するヤング率抽出ステップ、
(B)所定の第2関係式に基づき、前記ヤング率抽出ステップで抽出された抽出ヤング率、前記長さ及び前記固有振動数に対応する第2密度を算出する密度算出ステップ、
(C)前記第1密度と前記第2密度との誤差が設定許容範囲内にあることを条件に、前記抽出ヤング率を推定ヤング率として決定する推定ヤング率決定ステップ。
The Young's modulus estimation method according to the invention of claim 2 measures the length and natural frequency of a member to be measured, and determines a plurality of first densities that may exist within the range of an actual measurement database of the Young's modulus-density relationship of the member. The measurement corresponding to the length and the natural frequency of the member to be measured is performed by regularly or irregularly extracting sequentially and repeating the following steps (A) to (C) for each first density. The Young's modulus of the target member is estimated.
(A) A Young's modulus extraction step of extracting a Young's modulus based on the regression line of the actual measurement database and the first density;
(B) a density calculating step for calculating a second density corresponding to the extracted Young's modulus extracted in the Young's modulus extracting step, the length, and the natural frequency based on a predetermined second relational expression;
(C) An estimated Young's modulus determining step for determining the extracted Young's modulus as an estimated Young's modulus on the condition that an error between the first density and the second density is within a setting allowable range.

請求項3の発明に係るヤング率推定プログラムは、コンピュータに、以下の処理(A)〜(D)を実行させることで、部材のヤング率−密度関係の実測データベースと、測定対象部材について実測された応力波伝播速度とに基づき前記測定対象部材のヤング率を推定する。
(A)前記実測データベースの範囲内に存在し得る複数の第1密度を規則的または不規則的に抽出する密度抽出処理、
(B)前記密度抽出処理で抽出された各第1密度について、メモリに記憶された前記実測データベースの回帰線情報と、当該各第1密度とに基づき各ヤング率を抽出するヤング率抽出処理、
(C)前記ヤング率抽出処理で抽出された各抽出ヤング率について、所定の第1関係式に基づき、当該各抽出ヤング率及び前記応力波伝播速度に対応する各第2密度を算出する密度算出処理、
(D)前記各第2密度について、それに対応する前記各第1密度との誤差が設定許容範囲内にある場合に、当該第2密度に対応する前記抽出ヤング率を推定ヤング率として決定する推定ヤング率決定処理。
The Young's modulus estimation program according to the invention of claim 3 is actually measured with respect to an actual measurement database of the Young's modulus-density relationship of members and a measurement target member by causing a computer to execute the following processes (A) to (D). The Young's modulus of the measurement target member is estimated based on the measured stress wave propagation velocity.
(A) a density extraction process for regularly or irregularly extracting a plurality of first densities that may exist within the range of the actual measurement database;
(B) For each first density extracted in the density extraction process, a Young's modulus extraction process for extracting each Young's modulus based on the regression line information of the actual measurement database stored in the memory and each first density;
(C) For each extracted Young's modulus extracted in the Young's modulus extraction process, density calculation for calculating each extracted Young's modulus and each second density corresponding to the stress wave propagation velocity based on a predetermined first relational expression. processing,
(D) For each of the second densities, when an error from the corresponding first density is within a setting allowable range, the extracted Young's modulus corresponding to the second density is determined as an estimated Young's modulus Young's modulus determination process.

請求項4の発明に係るヤング率推定プログラムは、コンピュータに、以下の処理(A)〜(D)を実行させることで、部材のヤング率−密度関係の実測データベースと、測定対象部材について実測された長さ及び固有振動数とに基づき前記測定対象部材のヤング率を推定する。
(A)前記実測データベースの範囲内に存在し得る複数の第1密度を規則的または不規則的に抽出する密度抽出処理、
(B)前記密度抽出処理で抽出された各第1密度について、メモリに記憶された前記実測データベースの回帰線情報と、当該各第1密度とに基づき各ヤング率を抽出するヤング率抽出処理、
(C)前記ヤング率抽出処理で抽出された各抽出ヤング率について、所定の第2関係式に基づき、当該各抽出ヤング率、前記長さ及び前記固有振動数に対応する各第2密度を算出する密度算出処理、
(D)前記各第2密度について、それに対応する前記各第1密度との誤差が設定許容範囲内にある場合に、当該各第2密度に対応する前記抽出ヤング率を推定ヤング率として決定する推定ヤング率決定処理。
The Young's modulus estimation program according to the invention of claim 4 causes the computer to execute the following processes (A) to (D), thereby measuring the measured database of the Young's modulus-density relationship of the member and the measurement target member. The Young's modulus of the measurement target member is estimated based on the measured length and the natural frequency.
(A) a density extraction process for regularly or irregularly extracting a plurality of first densities that may exist within the range of the actual measurement database;
(B) For each first density extracted in the density extraction process, a Young's modulus extraction process for extracting each Young's modulus based on the regression line information of the actual measurement database stored in the memory and each first density;
(C) For each extracted Young's modulus extracted in the Young's modulus extraction process, each second density corresponding to each extracted Young's modulus, the length, and the natural frequency is calculated based on a predetermined second relational expression. Density calculation processing,
(D) For each of the second densities, when an error from the corresponding first density is within a setting allowable range, the extracted Young's modulus corresponding to the second density is determined as an estimated Young's modulus. Estimated Young's modulus determination process.

請求項5の発明は、請求項3または請求項4に記載のヤング率推定プログラムにおいて、前記密度抽出処理は、モンテカルロシミュレーション法により前記実測データベース内の密度についての確率分布に従って前記第1密度を抽出する処理である。   According to a fifth aspect of the present invention, in the program for estimating the Young's modulus according to the third or fourth aspect, the density extraction processing extracts the first density according to a probability distribution of the density in the actual measurement database by a Monte Carlo simulation method. It is processing to do.

請求項6の発明は、請求項3から請求項5のいずれかに記載のヤング率推定プログラムにおいて、前記ヤング率抽出処理は、前記回帰線上において前記第1密度に対応する平均ヤング率を求める平均ヤング率算出処理と、前記実測データベース内において前記第1密度に対応するヤング率のばらつきに基づき前記平均ヤング率を補正して前記抽出ヤング率とする補正処理とを含む。   The invention of claim 6 is the Young's modulus estimation program according to any one of claims 3 to 5, wherein the Young's modulus extraction processing is an average for obtaining an average Young's modulus corresponding to the first density on the regression line. A Young's modulus calculation process; and a correction process for correcting the average Young's modulus based on a variation in Young's modulus corresponding to the first density in the actual measurement database to obtain the extracted Young's modulus.

請求項7の発明は、請求項3から請求項5のいずれかに記載のヤング率推定プログラムにおいて、前記ヤング率抽出処理は、前記回帰線上において前記第1密度に対応する平均ヤング率を求める平均ヤング率算出処理と、当該平均ヤング率に対する回帰残差を、モンテカルロシミュレーション法により正規分布に従って抽出する回帰残差抽出処理と、その抽出された回帰残差に応じて前記平均ヤング率を補正して前記抽出ヤング率とする補正処理とを含む。   A seventh aspect of the invention is the Young's modulus estimation program according to any one of the third to fifth aspects, wherein the Young's modulus extraction process is an average for obtaining an average Young's modulus corresponding to the first density on the regression line. A Young's modulus calculation process, a regression residual extraction process for extracting a regression residual for the average Young's modulus according to a normal distribution by the Monte Carlo simulation method, and correcting the average Young's modulus according to the extracted regression residual Correction processing to obtain the extracted Young's modulus.

請求項8の発明は、請求項7に記載のヤング率推定プログラムにおいて、回帰残差抽出処理では、一様乱数を発生させ、この一様乱数に基づき標準正規確率変数を算出し、当該標準正規確率変数に、前記実測データベース内において前記第1密度に対応するヤング率の標準偏差を乗じて前記回帰残差とする。   The invention of claim 8 is the Young's modulus estimation program according to claim 7, wherein the regression residual extraction process generates a uniform random number, calculates a standard normal random variable based on the uniform random number, The regression residual is obtained by multiplying the random variable by the standard deviation of Young's modulus corresponding to the first density in the actual measurement database.

請求項9の発明は、請求項3から請求項8のいずれかに記載のヤング率推定プログラムにおいて、部材の種類及び環境のうち少なくともいずれか一方に基づき分類された複数種の実測データベースのなかから特定の実測データベースを指定させる指定処理を更に含み、前記指定処理で指定された実測データベースに基づき前記処理(A)〜(D)を実行させる。   The invention of claim 9 is the Young's modulus estimation program according to any one of claims 3 to 8, wherein the program is based on a plurality of types of measured databases classified based on at least one of the type of member and the environment. A specification process for specifying a specific actual measurement database is further included, and the processes (A) to (D) are executed based on the actual measurement database specified in the specification process.

請求項10の発明に係るヤング率推定装置は、測定対象部材の応力波伝播速度を取得する取得手段と、部材のヤング率−密度関係の実測データベースの回帰線情報及び密度情報が記憶される記憶手段と、前記密度情報に基づき前記実測データベースの範囲内に存在し得る複数の第1密度を規則的または不規則的に抽出する密度抽出手段と、前記密度抽出手段で抽出された各第1密度について、前記回帰線情報と、当該各第1密度とに基づき各ヤング率を抽出するヤング率抽出手段と、前記ヤング率抽出手段で抽出された各抽出ヤング率について、所定の第1関係式に基づき、当該各抽出ヤング率及び前記応力波伝播速度に対応する各第2密度を算出する密度算出手段と、前記各第2密度について、それに対応する前記各第1密度との誤差が設定許容範囲内にある場合に、当該第2密度に対応する前記抽出ヤング率を推定ヤング率として決定する推定ヤング率決定手段と、を備える。   According to a tenth aspect of the present invention, there is provided an Young's modulus estimation apparatus that stores acquisition means for acquiring a stress wave propagation velocity of a measurement target member, and regression line information and density information of an actual measurement database of the Young's modulus-density relationship of the member. Means, a density extracting means for regularly or irregularly extracting a plurality of first densities that may exist within the range of the actual measurement database based on the density information, and each first density extracted by the density extracting means. The Young's modulus extracting means for extracting each Young's modulus based on the regression line information and each of the first densities, and each extracted Young's modulus extracted by the Young's modulus extracting means in a predetermined first relational expression Based on the extracted Young's modulus and the density calculation means for calculating the second density corresponding to the stress wave propagation velocity, an error between the second density and the first density corresponding to the second density is set. If within the allowable range, comprising the estimated Young's modulus determination means for determining the extraction Young's modulus corresponding to the second density as the estimated Young's modulus, the.

請求項11の発明に係るヤング率推定装置は、測定対象部材の長さ及び固有振動数を取得する取得手段と、部材のヤング率−密度関係の実測データベースの回帰線情報及び密度情報が記憶される記憶手段と、前記密度情報に基づき前記実測データベースの範囲内に存在し得る複数の第1密度を規則的または不規則的に抽出する密度抽出手段と、前記密度抽出手段で抽出された各第1密度について、前記回帰線情報と、当該各第1密度とに基づき各ヤング率を抽出するヤング率抽出手段と、前記ヤング率抽出手段で抽出された各抽出ヤング率について、所定の第2関係式に基づき、当該各抽出ヤング率、前記長さ及び前記固有振動数に対応する各第2密度を算出する密度算出手段と、前記各第2密度について、それに対応する前記各第1密度との誤差が設定許容範囲内にある場合に、当該第2密度に対応する前記抽出ヤング率を推定ヤング率として決定する推定ヤング率決定手段と、を備える。   The Young's modulus estimation apparatus according to the invention of claim 11 stores acquisition means for acquiring the length and natural frequency of the measurement target member, and regression line information and density information of an actual measurement database of the Young's modulus-density relationship of the member. Storage means, density extraction means for regularly or irregularly extracting a plurality of first densities that may exist in the range of the actual measurement database based on the density information, and each of the first extractions extracted by the density extraction means. For one density, Young's modulus extraction means for extracting each Young's modulus based on the regression line information and each first density, and a predetermined second relationship for each extracted Young's modulus extracted by the Young's modulus extraction means Based on the equation, density calculating means for calculating each second density corresponding to each extracted Young's modulus, the length, and the natural frequency, and each first density corresponding to each second density, If the error is within the allowable setting range, comprising the estimated Young's modulus determination means for determining the extraction Young's modulus corresponding to the a second density as the estimated Young's modulus, the.

請求項12の発明は、請求項10または請求項11に記載のヤング率推定装置において、前記密度抽出手段は、モンテカルロシミュレーション法により前記実測データベース内の密度についての確率分布に従って前記第1密度を抽出する。   According to a twelfth aspect of the present invention, in the Young's modulus estimation apparatus according to the tenth or the eleventh aspect, the density extraction unit extracts the first density according to a probability distribution regarding the density in the actual measurement database by a Monte Carlo simulation method. To do.

請求項13の発明は、請求項10から請求項12のいずれかに記載のヤング率推定装置において、前記ヤング率抽出手段は、前記回帰線上において前記第1密度に対応する平均ヤング率を求める平均ヤング率算出手段と、前記実測データベース内において前記第1密度に対応するヤング率のばらつきに基づき前記平均ヤング率を補正して前記抽出ヤング率とする補正手段とを有する。   According to a thirteenth aspect of the present invention, in the Young's modulus estimation apparatus according to any one of the tenth to twelfth aspects, the Young's modulus extraction means calculates an average for obtaining an average Young's modulus corresponding to the first density on the regression line. Young's modulus calculation means, and correction means for correcting the average Young's modulus based on a variation in Young's modulus corresponding to the first density in the actual measurement database to obtain the extracted Young's modulus.

請求項14の発明は、請求項10から請求項12のいずれかに記載のヤング率推定装置において、前記ヤング率抽出手段は、前記回帰線上において前記第1密度に対応する平均ヤング率を求める平均ヤング率算出手段と、当該平均ヤング率に対する回帰残差を、モンテカルロシミュレーション法により正規分布に従って抽出する回帰残差抽出手段と、その抽出された回帰残差に応じて前記平均ヤング率を補正して前記抽出ヤング率とする補正手段とを有する。   According to a fourteenth aspect of the present invention, in the Young's modulus estimation apparatus according to any one of the tenth to twelfth aspects, the Young's modulus extraction means calculates an average for obtaining an average Young's modulus corresponding to the first density on the regression line. A Young's modulus calculating means, a regression residual extracting means for extracting a regression residual with respect to the average Young's modulus according to a normal distribution by a Monte Carlo simulation method, and correcting the average Young's modulus according to the extracted regression residual Correction means for obtaining the extracted Young's modulus.

請求項15の発明は、請求項14に記載のヤング率推定装置において、回帰残差抽出手段は、一様乱数を発生させ、この一様乱数に基づき標準正規確率変数を算出し、当該標準正規確率変数に、前記実測データベース内において前記第1密度に対応するヤング率の標準偏差を乗じて前記回帰残差とする。   According to a fifteenth aspect of the present invention, in the Young's modulus estimation apparatus according to the fourteenth aspect, the regression residual extracting means generates a uniform random number, calculates a standard normal random variable based on the uniform random number, and The regression residual is obtained by multiplying the random variable by the standard deviation of Young's modulus corresponding to the first density in the actual measurement database.

請求項16の発明は、請求項10から請求項15のいずれかに記載のヤング率推定装置において、前記記憶手段には、部材の種類及び環境のうち少なくともいずれか一方に基づき分類された複数種の実測データベースの回帰線情報及び密度情報が記憶されており、前記複数の複数種の実測データベースのなかから特定の実測データベースを指定させる指定手段を備え、前記密度抽出手段及び前記ヤング率抽出手段は、前記指定手段で指定された実測データベースの回帰線情報及び密度情報に基づき処理を実行する。   A sixteenth aspect of the present invention is the Young's modulus estimation apparatus according to any one of the tenth to fifteenth aspects, wherein the storage means includes a plurality of types classified based on at least one of a member type and an environment. The regression line information and the density information of the actual measurement database are stored, and includes a designation means for designating a specific actual measurement database from the plurality of types of the actual measurement databases, and the density extraction means and the Young's modulus extraction means include The processing is executed based on the regression line information and density information of the actual measurement database designated by the designation means.

<請求項1,3,10の発明>
本構成によれば、予め実験的に収集された各種、各環境下における部材のヤング率−密度関係の実測データベースの範囲内に存在し得る第1密度(実測値だけでなく、実測値群の確率分布から存在し得るとされた模擬的な値であってもよい)を不規則的または規則的に抽出し、これと実測データベースの回帰線とに基づきヤング率を抽出する。そして、この抽出ヤング率と、測定対象部材について実測した応力波伝播速度とに基づき所定の第1関係式を満たす第2密度を逆算する。ここで、この第2密度と上記第1密度との密度誤差が大きい場合には、抽出ヤング率と第2密度との組み合わせが、実測データベースの範囲内に存在する可能性が低いことを意味するから、この抽出ヤング率を測定対象部材の推定ヤング率として採用することはできない。逆に、第2密度と第1密度との密度誤差が小さい場合には、抽出ヤング率と第2密度との組み合わせが、実測データベースの範囲内に存在する可能性が高いことを意味するから、この抽出ヤング率を測定対象部材の推定ヤング率として採用することができる。
<Invention of claims 1, 3 and 10>
According to this configuration, the first density (not only the actual measurement value but also the actual measurement value group) that can exist within the range of the actual measurement database of the Young's modulus-density relationship of the various members in each environment collected experimentally in advance. (It may be a simulated value that may exist from the probability distribution), and the Young's modulus is extracted based on this and the regression line of the actual measurement database. Then, a second density satisfying a predetermined first relational expression is calculated backward based on the extracted Young's modulus and the stress wave propagation velocity actually measured for the measurement target member. Here, if the density error between the second density and the first density is large, it means that there is a low possibility that the combination of the extracted Young's modulus and the second density exists within the range of the measured database. Therefore, this extracted Young's modulus cannot be adopted as the estimated Young's modulus of the measurement target member. Conversely, when the density error between the second density and the first density is small, it means that the combination of the extracted Young's modulus and the second density is likely to exist within the range of the measured database. This extracted Young's modulus can be adopted as the estimated Young's modulus of the member to be measured.

そして、本構成では、順次抽出される複数の第1密度に対して上記のステップ(処理、手段)を繰り返し行って、上記密度誤差が設定許容範囲内にある抽出ヤング率、つまり、実測した応力波伝播速度と、実測データベースの範囲内に存在し得る密度との間で上記所定の第1関係式が成り立つ可能性が高いヤング率を推定ヤング率として決定する。従って、決定された推定ヤング率(或いは推定ヤング率群)から測定対象部材の実際のヤング率を推定できる。   In this configuration, the above steps (processing, means) are repeated for a plurality of first densities that are sequentially extracted, and the extracted Young's modulus in which the density error is within the set allowable range, that is, the actually measured stress. A Young's modulus that is highly likely to satisfy the predetermined first relational expression between the wave propagation velocity and the density that can exist within the range of the actual measurement database is determined as the estimated Young's modulus. Therefore, the actual Young's modulus of the measurement target member can be estimated from the determined estimated Young's modulus (or estimated Young's modulus group).

以上のように、本構成によれば、測定対象部材の密度を測定することなく、応力波伝播速度を測定することで測定対象部材の保有強度性能を科学的に数値化して客観的に評価することができる。また、応力波伝播速度は測定対象部材の支持方法の相違に影響しないことが実験的に確かめられている。従って、応力波法を採用する本構成では、測定対象部材が例えば建築物の一構造体として組み込まれている場合であっても、そのまま非破壊的に保有強度性能を評価できる。   As described above, according to this configuration, the strength strength performance of the measurement target member is scientifically quantified and objectively evaluated by measuring the stress wave propagation velocity without measuring the density of the measurement target member. be able to. Further, it has been experimentally confirmed that the stress wave propagation velocity does not affect the difference in the support method of the measurement target member. Therefore, in the present configuration employing the stress wave method, even if the measurement target member is incorporated as, for example, a structure of a building, the retained strength performance can be evaluated as it is without breaking.

<請求項2,4,11の発明>
本構成によれば、予め実験的に収集された各種、各環境下における部材のヤング率−密度関係の実測データベースの範囲内に存在し得る第1密度(実測値だけでなく、実測値群の確率分布から存在し得るとされた模擬的な値であってもよい)を不規則的または規則的に抽出し、これと実測データベースの回帰線とに基づきヤング率を抽出する。そして、この抽出ヤング率と、測定対象部材について実測した長さ及び固有振動数とに基づき所定の第2関係式を満たす第2密度を逆算する。ここで、この第2密度と上記第1密度との密度誤差が大きい場合には、上記抽出ヤング率と第2密度との組み合わせが、実測データベースの範囲内に存在する可能性が低いことを意味するから、この抽出ヤング率を測定対象部材の推定ヤング率として採用することはできない。逆に、第2密度と第1密度との密度誤差が小さい場合には、抽出ヤング率と第2密度との組み合わせが、実測データベースの範囲内に存在する可能性が高いことを意味するから、この抽出ヤング率を測定対象部材の推定ヤング率として採用することができる。
<Invention of Claims 2, 4 and 11>
According to this configuration, the first density (not only the actual measurement value but also the actual measurement value group) that can exist within the range of the actual measurement database of the Young's modulus-density relationship of the various members in each environment collected experimentally in advance. (It may be a simulated value that may exist from the probability distribution), and the Young's modulus is extracted based on this and the regression line of the actual measurement database. Then, a second density satisfying a predetermined second relational expression is calculated backward based on the extracted Young's modulus, the length actually measured for the measurement target member, and the natural frequency. Here, when the density error between the second density and the first density is large, it means that there is a low possibility that the combination of the extracted Young's modulus and the second density exists in the range of the measured database. Therefore, this extracted Young's modulus cannot be adopted as the estimated Young's modulus of the measurement target member. Conversely, when the density error between the second density and the first density is small, it means that the combination of the extracted Young's modulus and the second density is likely to exist within the range of the measured database. This extracted Young's modulus can be adopted as the estimated Young's modulus of the member to be measured.

そして、本構成では、順次抽出される複数の第1密度に対して上記のステップ(処理)を繰り返し行って、上記密度誤差が設定許容範囲内にある抽出ヤング率、つまり、実測した長さ及び固有振動数と、実測データベースの範囲内に存在し得る密度との間で上記所定の第2関係式が成り立つ可能性が高いヤング率を推定ヤング率として決定する。従って、決定された推定ヤング率(或いは推定ヤング率群)から測定対象部材の実際のヤング率を推定できる。
以上のように、本構成によれば、測定対象部材の密度を測定することなく、長さ及び固有振動数を測定することで測定対象部材の保有強度性能を科学的に数値化して客観的に評価することができる。
In this configuration, the above steps (processing) are repeatedly performed on a plurality of first densities that are sequentially extracted, and the extracted Young's modulus in which the density error is within the set allowable range, that is, the actually measured length and A Young's modulus that is highly likely to satisfy the predetermined second relational expression between the natural frequency and a density that may exist within the range of the actual measurement database is determined as an estimated Young's modulus. Therefore, the actual Young's modulus of the measurement target member can be estimated from the determined estimated Young's modulus (or estimated Young's modulus group).
As described above, according to the present configuration, the holding strength performance of the measurement target member is scientifically quantified objectively by measuring the length and the natural frequency without measuring the density of the measurement target member. Can be evaluated.

<請求項5,12の発明>
本構成によれば、ヤング率−密度関係の実測データベース内の密度の確率分布が不均一である場合であっても、実際の確率分布(データばらつき、累積頻度(確率密度)曲線)に基づく頻度で第1密度を抽出でき、ヤング率−密度関係の実測データベースに、より適合したヤング率を推定することができる。
<Invention of claims 5 and 12>
According to this configuration, the frequency based on the actual probability distribution (data variation, cumulative frequency (probability density) curve) even if the probability distribution of density in the measurement database of Young's modulus-density relationship is not uniform. Thus, the first density can be extracted, and the Young's modulus more suitable for the measured database of the Young's modulus-density relationship can be estimated.

<請求項6,13の発明>
本構成によれば、回帰線上において第1密度に対応する平均ヤング率について、その第1密度に対応するヤング率のばらつき(例えば標準偏差、最大最小ヤング率)を考慮して補正したものを抽出ヤング率として抽出する。従って、実測データベースに、より適合したヤング率を推定することができる。
<Inventions of Claims 6 and 13>
According to this configuration, the average Young's modulus corresponding to the first density on the regression line is extracted by correcting the Young's modulus corresponding to the first density (for example, standard deviation, maximum and minimum Young's modulus). Extract as Young's modulus. Therefore, it is possible to estimate the Young's modulus more suitable for the actual measurement database.

<請求項7,14の発明>
本構成によれば、ヤング率−密度関係の実測データ群内において抽出密度データに対応するヤング率の実際の確率分布に基づく頻度で回帰残差を抽出でき、ヤング率推定シミュレーションの精度をより高めることができる。
<Invention of Claims 7 and 14>
According to this configuration, the regression residual can be extracted with a frequency based on the actual probability distribution of the Young's modulus corresponding to the extracted density data in the measured data group of the Young's modulus-density relationship, and the accuracy of the Young's modulus estimation simulation is further improved. be able to.

<請求項8,15の発明>
本構成によれば、一様乱数を利用して、実測データベース内の確率分布に即した任意の回帰残差を抽出することができる。
<Inventions of Claims 8 and 15>
According to this configuration, it is possible to extract an arbitrary regression residual in accordance with the probability distribution in the actual measurement database using uniform random numbers.

<請求項9,16の発明>
本構成によれば、例えば測定対象部材の種類や環境が予め分かっていれば、それに対応する実測データベースを指定することで、より精度の高いヤング率推定を行うことができる。
<Invention of Claims 9 and 16>
According to this configuration, for example, if the type and environment of the measurement target member are known in advance, the Young's modulus can be estimated with higher accuracy by designating the corresponding measurement database.

本発明の一実施形態1を図1〜図4を参照しつつ説明する。
1.本実施形態の概要
本実施形態は、木材を測定対象部材(以下、「測定対象木材W」という)として、その保有強度(ヤング率)を、応力波法を利用して非破壊的に評価する方法に関するものである。ここで、材料のヤング率E[Pa]と、密度ρ[kg/m]と、応力波伝播速度v[m/s]との間には、次の数式1(本発明の「第1関係式」に相当)が成り立つ。

Figure 0004696243
従って、測定対象木材Wのヤング率は、その測定対象木材Wについて密度ρと応力波伝播速度vとを測定すれば上記数式1から求めることができる。しかしながら、測定対象木材Wの密度ρを測定するには、その測定対象木材W自体の重量や体積を測定する必要があり容易なことではない。特に、測定対象木材Wが例えば木造建築物の構造体として組み込まれたものである場合には、そのままの状態で密度ρを正確に測定することは極めて困難である。 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
1. Outline of the present embodiment In this embodiment, wood is used as a measurement target member (hereinafter referred to as “measurement target wood W”), and the holding strength (Young's modulus) is evaluated non-destructively using a stress wave method. It is about the method. Here, between the Young's modulus E [Pa] of the material, the density ρ [kg / m 3 ], and the stress wave propagation velocity v [m / s], the following formula 1 (the “first” Equivalent to “relational expression”).
Figure 0004696243
Therefore, the Young's modulus of the measurement target wood W can be obtained from Equation 1 above by measuring the density ρ and the stress wave propagation velocity v for the measurement target wood W. However, in order to measure the density ρ of the measurement target wood W, it is necessary to measure the weight and volume of the measurement target wood W itself, which is not easy. In particular, when the measurement target wood W is incorporated as, for example, a structure of a wooden building, it is extremely difficult to accurately measure the density ρ as it is.

ところで、現在、各樹種、各環境下における木材についての(曲げ)ヤング率ー密度関係の実測データベースが各研究機関等によって公開されている。しかし、これらの実測データベースからも分かるように、木材の樹種(特性)が異なる場合は勿論のこと、同じ樹種の木材であっても使用期間や使用環境によってヤング率ー密度関係は異なり、容易に法則化することは困難である。   By the way, an actual measurement database of (bending) Young's modulus-density relationship for wood under each tree species and in each environment is currently open to the public by each research institution. However, as can be seen from these measured databases, the Young's modulus-density relationship differs easily depending on the period of use and usage environment, not to mention the case where the wood species (characteristics) differ. It is difficult to rule.

そこで、本実施形態は、測定対象木材Wの応力波伝播速度vだけを測定し、この応力波伝播速度vとの間で上記数式1が成り立つ「ヤング率と密度」の組み合わせを、上述した研究蓄積のある「ヤング率ー密度関係の実測データベース」を基にモンテカルロシュミレーション法によって推定するようにした。   Therefore, in the present embodiment, only the stress wave propagation velocity v of the measurement target wood W is measured, and the combination of “Young's modulus and density” in which the above Equation 1 holds between the stress wave propagation velocity v is the above-described research. Based on the accumulated "measurement database of Young's modulus-density relationship", it was estimated by the Monte Carlo simulation method.

2.木材用ヤング率推定装置
(1)全体構成
以下では、木材用ヤング率推定装置10を例に挙げて説明する。この木材用ヤング率推定装置10は、例えば公知の応力波伝播速度測定器に本発明のヤング率推定機能の構成を組み込んだものとされている。
2. Young's modulus estimator for wood (1) Overall configuration In the following, the wood Young's modulus estimator 10 will be described as an example. This wood Young's modulus estimation apparatus 10 is configured, for example, by incorporating the configuration of the Young's modulus estimation function of the present invention into a known stress wave propagation velocity measuring device.

具体的には、木材用ヤング率推定装置10は、図1に示すように、全体として長方形状の扁平箱形をなす本体ケース12の一端面から1対のセンサ部11,11を導出させた構成となっている。各センサ11の先端には針が設けられており、これら1対のセンサ部11,11を測定対象木材Wの離れた箇所にそれぞれ打ち込むことができる。そして、一方のセンサ部11を図示しないハンマー等で打撃すると、その一方のセンサ部11で衝撃音が検知されてから他方のセンサ部11で衝撃音が検知されるまでの時間[μs](以下、「応力波伝播時間T」という)が測定されるようになっている。本体ケース12の表面には、例えば7セグメントの液晶表示部13と、確定キー14と、数値等を入力するための入力部15とが配されている。   Specifically, as shown in FIG. 1, the wood Young's modulus estimating apparatus 10 has a pair of sensor units 11 and 11 led out from one end surface of a main body case 12 having a rectangular box shape as a whole. It has a configuration. A needle is provided at the tip of each sensor 11, and the pair of sensor portions 11, 11 can be driven into a remote location of the measurement target wood W. When one sensor unit 11 is hit with a hammer or the like (not shown), the time [μs] from when the impact sound is detected by the one sensor unit 11 until the other sensor unit 11 detects the impact sound (hereinafter referred to as “μs”). , “Stress wave propagation time T”). On the surface of the main body case 12, for example, a seven-segment liquid crystal display unit 13, a determination key 14, and an input unit 15 for inputting numerical values and the like are arranged.

図2には、木材用ヤング率推定装置10の内部構成を示した簡略図である。同図において、符号16は、上記各センサ部11に連なる加速度検知回路(図示せず)を備えた測定部であり、ここで測定された上記応力波伝播時間TがA/D変換されてCPU17に与えられる。表示制御部18は、CPU17からの制御信号に基づく表示パターンを表示部13に表示させる。操作部19は、上記入力部15での入力操作に応じた信号をCPU17に与える。   FIG. 2 is a simplified diagram showing the internal configuration of the wood Young's modulus estimation apparatus 10. In the figure, reference numeral 16 denotes a measuring unit provided with an acceleration detection circuit (not shown) connected to each of the sensor units 11. The stress wave propagation time T measured here is A / D converted and the CPU 17. Given to. The display control unit 18 causes the display unit 13 to display a display pattern based on a control signal from the CPU 17. The operation unit 19 gives the CPU 17 a signal corresponding to the input operation at the input unit 15.

メモリ20(本発明の「記憶手段」に相当)には、例えばプログラム記憶領域、入力データ記憶領域、実測データベース記憶領域、推定データ記憶領域がそれぞれ確保されている。プログラム記憶領域には、後述するヤング率推定プログラムが記憶されている。入力データ記憶領域には、上記測定部16からの応力波伝播時間Tのデータや入力部15にて入力される距離L[m]のデータ及び許容誤差R[%]のデータが記憶される。実測データベース記憶領域には、次述するように、研究蓄積としての木材のヤング率ー密度関係の実測データベースに関するデータが記憶されている。推定データ記憶領域には、ヤング率推定プログラムの実行により抽出された推定ヤング率等のデータが記憶される。   For example, a program storage area, an input data storage area, an actually measured database storage area, and an estimated data storage area are secured in the memory 20 (corresponding to the “storage means” of the present invention). In the program storage area, a Young's modulus estimation program described later is stored. In the input data storage area, data on the stress wave propagation time T from the measurement unit 16, data on the distance L [m] input on the input unit 15, and data on the allowable error R [%] are stored. In the actual measurement database storage area, as described below, data relating to the actual measurement database of the Young's modulus-density relationship of wood as research accumulation is stored. The estimated data storage area stores data such as the estimated Young's modulus extracted by executing the Young's modulus estimation program.

(2)木材のヤング率ー密度関係の実測データベースに関するデータについて
図3には、ある木材についてのヤング率ー密度関係の実測データ群がプロットされたグラフが示されている。本実施形態では、まず、このヤング率ー密度関係の実測値について例えば最小二乗法により次の数式2に示す回帰直線F1(本発明の「回帰線」に相当)を求める。
[数2]
E=a・ρ+b
a,b:回帰係数
なお、実測データベース内において各密度に対応するヤング率のデータ分布が不均一であってヤング率ー密度関係を単純な回帰直線で表すことが不適当であると判断した場合には、これを是正するために重み付き回帰分析(加重回帰分析)等の処理を行うことが望ましい。
(2) About data regarding measurement database of Young's modulus-density relationship of wood FIG. 3 shows a graph in which a group of actual measurement data of Young's modulus-density relationship for a certain wood is plotted. In the present embodiment, first, a regression line F1 (corresponding to the “regression line” of the present invention) represented by the following formula 2 is obtained by the least square method for the measured value of the Young's modulus-density relationship.
[Equation 2]
E = a · ρ + b
a, b: Regression coefficient If the data distribution of Young's modulus corresponding to each density in the actual measurement database is uneven and it is judged that it is inappropriate to express the Young's modulus-density relationship with a simple regression line In order to correct this, it is desirable to perform processing such as weighted regression analysis (weighted regression analysis).

同図においては、密度の大きさによって、それぞれに対応するヤング率の分布がばらついているが、そのデータ分布と密度との間にある程度の相関関係が認められる。そこで、本実施形態では、密度の大きさに応じて複数の領域に分割し、各分割領域ごとにヤング率の標準偏差を個別に算出する。そして、これらの標準偏差と密度との関係について次の数式3に示す回帰直線F2を求める。
[数3]
SDi=p・ρi+q
SDi:ヤング率の標準偏差
p,q:回帰係数
なお、各密度に対応するヤング率のデータ分布(標準偏差)が全密度に亘ってほぼ均一である場合には、上記回帰直線F2の数式3はSDi=q(係数pはゼロ)となり、qは次の数式4で求められる。

Figure 0004696243
α:回帰直線F1の決定係数
このように、図3の実測データベースにおいては、各密度に対応するヤング率のデータ分布は不均一であるが、そのデータ分布(標準偏差)と密度との間にほぼ比例関係をあるとみなすことができるため、上記数式3に示す回帰直線L2を利用することとした。 In the figure, the distribution of Young's modulus corresponding to the density varies depending on the density, but a certain degree of correlation is recognized between the data distribution and the density. Therefore, in the present embodiment, the image is divided into a plurality of areas according to the density, and the standard deviation of Young's modulus is calculated individually for each divided area. Then, a regression line F2 shown in the following Equation 3 is obtained for the relationship between the standard deviation and the density.
[Equation 3]
SDi = p · ρi + q
SDi: Standard deviation of Young's modulus p, q: Regression coefficient When the data distribution (standard deviation) of Young's modulus corresponding to each density is substantially uniform over the entire density, Equation 3 of the regression line F2 above. Becomes SDi = q (coefficient p is zero), and q is obtained by the following Equation 4.
Figure 0004696243
α: Determinant coefficient of regression line F1 As described above, in the measured database of FIG. 3, the Young's modulus data distribution corresponding to each density is non-uniform, but the data distribution (standard deviation) and the density are between. Since it can be considered that there is a substantially proportional relationship, the regression line L2 shown in Equation 3 is used.

本実施形態では、例えばスギ、ヒノキなどの木材の樹種別ごとの複数種のヤング率ー密度関係の実測データベースを予め用意し、全樹種の実測データベース及び樹種別ごとの実測データベースそれぞれに対応する上記回帰直線(F1、F2)及び各実測データベース内の密度についての累積頻度(確率密度)曲線を算出する。そして、これらの回帰直線データ(F1、F2)及び累積頻度曲線データが、各実測データベース名に対応付けて実測データベース記憶領域に予め記憶されている。そして、これら複数の実測データベースから任意に選択された実測データベースを基にモンテカルロシュミレーションによるヤング率推定が実行できるようになっている。   In the present embodiment, for example, a plurality of Young's modulus-density relationship measurement databases for each tree type of wood, such as cedar and cypress, are prepared in advance, and each of the above-described measurement databases for all tree types and for each tree type corresponds to the above. A cumulative frequency (probability density) curve is calculated for the regression line (F1, F2) and the density in each measured database. These regression line data (F1, F2) and cumulative frequency curve data are stored in advance in the actual measurement database storage area in association with each actual measurement database name. The Young's modulus can be estimated by Monte Carlo simulation based on an actual measurement database arbitrarily selected from the plurality of actual measurement databases.

(3)ヤング率推定プログラムによる処理
ヤング率推定プログラムによる処理内容について、図3、及び、図4に示すフローチャートを参照しつつ説明する。
(3) Processing by Young's Modulus Estimation Program The processing contents by the Young's modulus estimation program will be described with reference to the flowcharts shown in FIGS.

ユーザは、まず、木材用ヤング率推定装置10の1対のセンサ部11,11を測定対象木材Wに打ち込み、木材用ヤング率推定装置10に電源を投入し、一方のセンサ部11をハンマー等で打撃する。すると、CPU17は、測定部16での応力波伝播時間Tを読み込んでその値を表示部13に表示させる。そして、ユーザによって確定キー14が押下されると、CPU17は、上記応力波伝播時間Tのデータをメモリ20の入力データ記憶領域に記憶し、例えば距離Lの入力を要求するメッセージを表示部13に表示させる。そして、上記1対のセンサ部11,11の打ち込み位置間の距離が、入力部15でのユーザによる入力操作によって入力され、確定キー14が押下されると、CPU17は、この距離Lのデータを入力データ記憶領域に記憶する。なお、距離Lを応力波伝播時間Tで除算したものが、測定対象木材Wの応力波伝播速度vである。従って、測定部16及び入力部15は、本発明の「取得手段」に相当する。   First, the user drives a pair of sensor units 11 and 11 of the wood Young's modulus estimation device 10 into the measurement target wood W, turns on the wood Young's modulus estimation device 10, and sets one sensor unit 11 with a hammer or the like. Strike with. Then, the CPU 17 reads the stress wave propagation time T in the measurement unit 16 and displays the value on the display unit 13. When the confirmation key 14 is pressed by the user, the CPU 17 stores the data of the stress wave propagation time T in the input data storage area of the memory 20, for example, a message requesting the input of the distance L on the display unit 13. Display. When the distance between the driving positions of the pair of sensor units 11 and 11 is input by an input operation by the user at the input unit 15 and the enter key 14 is pressed, the CPU 17 stores the data of the distance L. Store in the input data storage area. The distance L divided by the stress wave propagation time T is the stress wave propagation velocity v of the measurement target wood W. Therefore, the measurement unit 16 and the input unit 15 correspond to the “acquisition unit” of the present invention.

その後、CPU17は、例えば許容誤差Rの入力を要求するメッセージを表示部13に表示させ、ユーザによる入力操作がされ確定キー14が押下されると、その許容誤差Rのデータを入力データ記憶領域に記憶する。続いて、CPU17は、上記各種のヤング率ー密度関係の実測データベースから所望のものを指定させるためのメッセージを表示部13に表示させる。ここで、ユーザは、測定対象木材Wの樹種が特定できないのであれば、全樹種のヤング率ー密度関係の実測データベースを指定する。一方、測定対象木材Wの樹種が特定できるのであれば、その樹種のヤング率ー密度関係の実測データベースを指定することで、より正確な推定ヤング率を算出することができる。   Thereafter, the CPU 17 displays, for example, a message requesting the input of the allowable error R on the display unit 13, and when the user performs an input operation and presses the enter key 14, the data of the allowable error R is stored in the input data storage area. Remember. Subsequently, the CPU 17 causes the display unit 13 to display a message for designating a desired one from the above-described various Young's modulus-density relationship measurement databases. Here, if the tree species of the measurement target wood W cannot be specified, the user designates an actual measurement database of the Young's modulus-density relationship of all tree species. On the other hand, if the tree species of the measurement target wood W can be specified, a more accurate estimated Young's modulus can be calculated by designating an actual measurement database of Young's modulus-density relationship of the tree species.

ユーザにより実測データベースの指定がされ、確定キー14が押下されると、CPU17は、プログラム記憶領域からヤング率推定プログラムを読み出して、図4のフローチャートに示された処理を実行する。まず、CPU17は、S1で、指定された実測データベースに対応する累積頻度曲線データをメモリ20の実測データベース記憶領域から読み出して、S2で例えば区間[0,1]の一様乱数を発生させつつ累積頻度曲線データに当てはめて、任意の密度(本発明の「第1密度」に相当 以下、「抽出密度ρi」という)を抽出する。   When the measurement database is designated by the user and the confirmation key 14 is pressed, the CPU 17 reads the Young's modulus estimation program from the program storage area and executes the processing shown in the flowchart of FIG. First, the CPU 17 reads cumulative frequency curve data corresponding to the designated actual measurement database from the actual measurement database storage area of the memory 20 in S1, and accumulates while generating, for example, uniform random numbers in the interval [0, 1] in S2. Arbitrary density (corresponding to “first density” of the present invention, hereinafter referred to as “extraction density ρi”) is extracted by applying to the frequency curve data.

ここで、図3からも分かるように、実測データベース中における実測密度データの確率分布は、各密度の値によってばらつきがあり、これを無視してモンテカルロシミュレーションを実行した場合には、実際に存在し得ないヤング率ー密度の組み合わせまで抽出してしまう可能性がある。従って、上述したように、累積頻度曲線データを用いることで、研究蓄積としての実測データベースに存在し得る抽出密度ρiを当該実測データベースの確率分布に従って抽出するようにしている。従って、ここで抽出される抽出密度ρiは、実測データベース上の実測密度だけでなく、上記確率分布に従って作成された擬似的な密度も含まれる。なお、乱数発生法としては、平中採用法や合同法など、公知の方法を利用できる。このときの処理が本発明の「密度抽出処理」に相当し、CPU17は本発明の「密度抽出手段」として機能する。   Here, as can be seen from FIG. 3, the probability distribution of the actually measured density data in the actually measured database varies depending on the value of each density, and this actually exists when the Monte Carlo simulation is executed ignoring this. There is a possibility of extracting even a combination of Young's modulus and density that cannot be obtained. Therefore, as described above, by using the cumulative frequency curve data, the extraction density ρi that can exist in the actual measurement database as research accumulation is extracted according to the probability distribution of the actual measurement database. Therefore, the extracted density ρi extracted here includes not only the actually measured density on the actually measured database but also the pseudo density created according to the probability distribution. In addition, as a random number generation method, a publicly known method such as the Hinaka method or the congruence method can be used. The process at this time corresponds to the “density extraction process” of the present invention, and the CPU 17 functions as the “density extraction means” of the present invention.

次に、CPU17は、S3でメモリ20の実測データベース記憶領域から上記指定された実測データベースに対応する回帰直線F1データを読み出し、その回帰直線F1上において、上記抽出密度ρiに対応する平均ヤング率Eiaveを算出する。このときの処理が本発明の「平均ヤング率算出処理」に相当し、CPU17は本発明の「平均ヤング率算出手段」として機能する。   Next, the CPU 17 reads the regression line F1 data corresponding to the designated actual measurement database from the actual measurement database storage area of the memory 20 in S3, and the average Young's modulus Eiave corresponding to the extraction density ρi on the regression line F1. Is calculated. The processing at this time corresponds to “average Young's modulus calculation processing” of the present invention, and the CPU 17 functions as “average Young's modulus calculation means” of the present invention.

そして、S4〜S6で、平均ヤング率Eiaveに対し、上記実測データベース内において抽出密度ρiに対応するヤング率の確率分布(標準偏差)を考慮した任意のヤング率(以下、「抽出ヤング率Ei」という)を抽出する。   In S4 to S6, an arbitrary Young's modulus (hereinafter referred to as “extracted Young's modulus Ei”) in consideration of the probability distribution (standard deviation) of Young's modulus corresponding to the extraction density ρi in the measured database with respect to the average Young's modulus Eiave. Extract).

具体的には、本実施形態では、平均ヤング率Eiaveに対し、実測データベース(ヤング率ー密度関係)内において抽出密度ρiに対応する各ヤング率の回帰残差は正規分布(回帰直線データF2において抽出密度ρiに対応する標準偏差SDi)に従うものと仮定している。そして、CPU17は、一様乱数を発生させ、これらの複数の一様乱数から中心極限定理による次の数式5に基づき標準正規確率変数Vを計算する(S4)。なお、一様乱数から正規乱数を発生させる方法としては、上記中心極限定理を利用する方法以外に、例えばボックス・ミューラー(Box-Muller)法 や、極座標法がある。

Figure 0004696243
V=Σr
rj:区間[0,1]の一様乱数 n:標本数であり例えばn=12
次に、この標準正規確率変数Vに上記標準偏差SDiを乗じて任意の回帰残差(V・SDi)を求め(S5)、この回帰残差を平均ヤング率Eiaveに加算して抽出ヤング率Ei(=Eiave+V・SDi)とする(S6)。これによりに、実測データベース(ヤング率ー密度関係)内において抽出密度ρiに対応して存在し得るヤング率の中から、抽出ヤング率Eiを正規分布(標準偏差SDi)に従って抽出することができる。このときの処理が本発明の「回帰残差抽出処理、補正処理」に相当し、CPU17は本発明の「回帰残差抽出手段、補正手段」として機能する。また、S3〜S6までの処理が本発明の「ヤング率抽出ステップ、ヤング率抽出処理」に相当し、CPU17は本発明の「ヤング率抽出手段」として機能する。 Specifically, in this embodiment, with respect to the average Young's modulus Eiave, the regression residual of each Young's modulus corresponding to the extraction density ρi in the actual measurement database (Young's modulus-density relationship) is a normal distribution (in the regression line data F2). It is assumed that it follows the standard deviation SDi) corresponding to the extraction density ρi. Then, the CPU 17 generates a uniform random number, and calculates a standard normal random variable V based on the following formula 5 based on the central limit theorem from the plurality of uniform random numbers (S4). As a method for generating normal random numbers from uniform random numbers, there are, for example, the Box-Muller method and the polar coordinate method in addition to the method using the central limit theorem.
Figure 0004696243
V = Σr
rj: uniform random number in the interval [0, 1] n: number of samples, for example, n = 12
Next, an arbitrary regression residual (V · SDi) is obtained by multiplying the standard normal random variable V by the standard deviation SDi (S5), and this regression residual is added to the average Young's modulus Eiave to extract the extracted Young's modulus Ei. (= Eiave + V · SDi) (S6). Thereby, the extracted Young's modulus Ei can be extracted according to the normal distribution (standard deviation SDi) from the Young's modulus that can exist corresponding to the extracted density ρi in the measured database (Young's modulus-density relationship). The processing at this time corresponds to “regression residual extraction processing and correction processing” of the present invention, and the CPU 17 functions as “regression residual extraction means and correction means” of the present invention. The processing from S3 to S6 corresponds to the “Young's modulus extraction step, Young's modulus extraction processing” of the present invention, and the CPU 17 functions as “Young's modulus extraction means” of the present invention.

続いて、CPU17は、S7で入力データ記憶領域に記憶された応力波伝播時間Tのデータ及び距離Lのデータを読み出し、これらと抽出ヤング率Eiとの間で前述の数式1が成り立つ密度(本発明の「第2密度」に相当 以下、「算出密度ρk」という)を算出する。このときの処理が本発明の「密度算出ステップ、密度算出処理」に相当し、CPU17は本発明の「密度算出手段」として機能する。   Subsequently, the CPU 17 reads the data of the stress wave propagation time T and the data of the distance L stored in the input data storage area in S7, and the density (this book) satisfies the above-described Equation 1 between these and the extracted Young's modulus Ei. Corresponding to “Second Density” of the Invention Hereinafter, “calculated density ρk”) is calculated. The process at this time corresponds to the “density calculation step, density calculation process” of the present invention, and the CPU 17 functions as the “density calculation means” of the present invention.

そして、CPU17は、S8で、上記抽出密度ρiに対する算出密度ρkの密度誤差を算出し、許容誤差Rのデータを読み出して、抽出密度ρiに対する上記密度誤差の割合が許容誤差範囲(例えば1%)内にあるかどうかを判断する。   In step S8, the CPU 17 calculates a density error of the calculated density ρk with respect to the extraction density ρi, reads data of the allowable error R, and the ratio of the density error to the extraction density ρi is within an allowable error range (for example, 1%). To determine if it is within.

ここで、上記密度誤差が許容誤差範囲外にあると判断した場合には(S8で「N」)、上記の処理で算出された算出密度ρkと抽出ヤング率Eiとの組み合わせが、実測データベース内に存在する可能性が低いため、これらの算出密度ρk及び抽出ヤング率Ei等を推定データ記憶領域に記憶しない。一方、上記密度誤差が許容誤差範囲内にあると判断した場合には(S8で「Y」)、算出密度ρkと抽出ヤング率Eiとの組み合わせが、実測データベース内に存在する可能性が高い。即ち、算出密度ρk及び抽出ヤング率Eiの組み合わせは、応力波伝播時間T及び距離Lとの間で数式1を満たしつつ、実測データベースに即したものとみなすことができる。従って、抽出ヤング率Eiを推定ヤング率とし、抽出密度ρi及び算出密度ρkとともに推定データ記憶領域に記憶する(S9)。このときの処理が本発明の「推定ヤング率決定ステップ、推定ヤング率決定処理」に相当し、CPU17は本発明の「推定ヤング率決定手段」として機能する。   If it is determined that the density error is outside the allowable error range (“N” in S8), the combination of the calculated density ρk calculated in the above process and the extracted Young's modulus Ei is stored in the actual measurement database. Therefore, the calculated density ρk and the extracted Young's modulus Ei are not stored in the estimated data storage area. On the other hand, when it is determined that the density error is within the allowable error range (“Y” in S8), there is a high possibility that the combination of the calculated density ρk and the extracted Young's modulus Ei exists in the actual measurement database. That is, the combination of the calculated density ρk and the extracted Young's modulus Ei can be regarded as conforming to the actual measurement database while satisfying Equation 1 between the stress wave propagation time T and the distance L. Therefore, the extracted Young's modulus Ei is set as the estimated Young's modulus and stored in the estimated data storage area together with the extracted density ρi and the calculated density ρk (S9). The process at this time corresponds to the “estimated Young's modulus determining step, estimated Young's modulus determining process” of the present invention, and the CPU 17 functions as “estimated Young's modulus determining means” of the present invention.

そして、以上のS1〜S9の処理を複数回(本実施形態では例えば5000回)実行した後に終了する(S10)。その結果、推定ヤング率として推定データ記憶領域に記憶された1または複数の抽出ヤング率Eiから、測定対象木材Wのヤング率を推定することができる。本実施形態では、例えば推定ヤング率としての抽出ヤング率Eiの最大値、最小値、平均値及び標準偏差を、上記表示部13に表示させるようになっている。これに加えて、推定ヤング率としての抽出ヤング率Eiに対応する算出密度ρkの最大値、最小値、平均値及び標準偏差をも表示させるようにしてもよい。なお、木材用ヤング率推定装置10に印刷機能を持たせて、これらの結果データを記録紙に印刷出力する構成であってもよい。また、上記の結果データを、記録媒体や通信手段によってパーソナルコンピュータ等の端末装置に出力できるようにしてもよい。   Then, after the processes of S1 to S9 described above are executed a plurality of times (for example, 5000 times in the present embodiment), the process ends (S10). As a result, the Young's modulus of the measurement target wood W can be estimated from one or a plurality of extracted Young's modulus Ei stored in the estimated data storage area as the estimated Young's modulus. In the present embodiment, for example, the maximum value, minimum value, average value, and standard deviation of the extracted Young's modulus Ei as the estimated Young's modulus are displayed on the display unit 13. In addition, the maximum value, the minimum value, the average value, and the standard deviation of the calculated density ρk corresponding to the extracted Young's modulus Ei as the estimated Young's modulus may be displayed. The wood Young's modulus estimation device 10 may have a printing function, and the result data may be printed out on recording paper. Further, the above result data may be output to a terminal device such as a personal computer by a recording medium or communication means.

本実施形態では、例えば推定データ記憶領域に推定ヤング率として記憶された抽出ヤング率Eiがなかった場合には、表示部13にエラーメッセージが表示されるようになっている。この場合には、実測データベースの指定を変更したり、設定許容誤差の範囲を広げるなどして、再度ヤング率推定プログラムを実行させることもできる。   In this embodiment, for example, when there is no extracted Young's modulus Ei stored as an estimated Young's modulus in the estimated data storage area, an error message is displayed on the display unit 13. In this case, the Young's modulus estimation program can be executed again by changing the designation of the actual measurement database or expanding the range of the setting allowable error.

以上のように、本実施形態によれば、測定対象木材Wの密度を測定することなく、応力波伝播速度v(応力波伝播時間T、距離L)を測定することで測定対象木材Wの保有強度性能を科学的に数値化して客観的に評価することができる。しかも、研究蓄積としての実測データベースのデータ分布を十分に加味したモンテカルロシミュレーションにより推定ヤング率を抽出する構成なので、現実に存在する可能性が極めて高いヤング率を推定することができる。また、応力波伝播速度は測定対象部材の支持方法の相違に影響しないことが実験的に確かめられている。従って、応力波法を採用する本実施形態では、測定対象部材が例えば建築物の一構造体として組み込まれている場合であっても、そのまま非破壊的に保有強度性能を評価できる。   As described above, according to the present embodiment, the measurement target wood W is held by measuring the stress wave propagation velocity v (stress wave propagation time T, distance L) without measuring the density of the measurement target wood W. The strength performance can be scientifically quantified and evaluated objectively. In addition, since the estimated Young's modulus is extracted by Monte Carlo simulation that fully considers the data distribution of the actual measurement database as research accumulation, it is possible to estimate the Young's modulus that is very likely to exist in reality. Further, it has been experimentally confirmed that the stress wave propagation velocity does not affect the difference in the support method of the measurement target member. Therefore, in this embodiment which employs the stress wave method, even if the measurement target member is incorporated as, for example, one structure of a building, the retained strength performance can be evaluated as it is without breaking.

<他の実施形態>
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
(1)上記実施形態では、応力波伝播速度を測定し応力法によりヤング率を推定する方法を説明したが、測定対象木材の固有振動数を測定し打撃法(固有振動数解析)によりヤング率を推定するようにしてもよい。この場合、上記実施形態に対して、応力波伝播時間Tの代わりに固有振動数frを測定し、数式1の代わりに次の数式6(本発明の「第2関係式」に相当)を使用することになる。

Figure 0004696243
固有振動数を測定する方法としては、例えば特公平6−78974号公報に開示された方法がある。但し、この方法では、測定対象木材が例えば建築物の一構造体として組み込まれた状態では、その固有振動数を測定できないため、非破壊的に保有強度性能を評価するためには、上記実施形態の方法が望ましい。 <Other embodiments>
The present invention is not limited to the embodiments described with reference to the above description and drawings. For example, the following embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
(1) In the above embodiment, the method of measuring the stress wave propagation velocity and estimating the Young's modulus by the stress method has been described. However, the natural frequency of the wood to be measured is measured and the Young's modulus is measured by the striking method (natural frequency analysis). May be estimated. In this case, the natural frequency fr is measured instead of the stress wave propagation time T, and the following formula 6 (corresponding to the “second relational expression” of the present invention) is used instead of the formula 1. Will do.
Figure 0004696243
As a method for measuring the natural frequency, for example, there is a method disclosed in Japanese Patent Publication No. 6-78974. However, in this method, since the natural frequency cannot be measured in a state in which the measurement target wood is incorporated as one structure of a building, for example, in order to evaluate the retained strength performance nondestructively, the above embodiment This method is desirable.

(2)上記実施形態では、乱数発生に基づき不規則的に抽出密度ρiを抽出する構成としたが、例えば、実測データベース上における密度の確率分布が均一である場合には、予め定められた所定の順次で抽出密度ρiを順次抽出する構成であってもよい。   (2) In the above embodiment, the extraction density ρi is irregularly extracted based on random number generation. For example, when the density probability distribution on the actual measurement database is uniform, a predetermined predetermined value is used. Alternatively, the extraction density ρi may be sequentially extracted.

(3)上記実施形態では、樹種別の実測データベースを指定できる構成としたが、樹種以外に、例えば「針葉樹」「広葉樹」「樹種」「新材」「古材」等で分類された複数の実測データベースから指定できるようにしてもよい。   (3) In the above embodiment, the tree type actual measurement database can be specified. However, in addition to the tree species, for example, a plurality of trees classified as “coniferous tree”, “hardwood”, “tree species”, “new wood”, “old wood”, etc. You may enable it to designate from an actual measurement database.

(4)上記実施形態では、実測データベース上における実際のヤング率の標準偏差SDi(ばらつき)を加味して任意に抽出された回帰残差を平均ヤング率Eiaveに加えて抽出ヤング率としたが、これに限らず、例えば抽出密度ρiの値にかかわらず、平均ヤング率Eiaveに対して所定の許容量(例えば0.3%)分ずれた最大最小ヤング率を抽出ヤング率として抽出する構成であってもよい。更に、実測データベースのデータ分布にある程度一様と認められる場合には、平均ヤング率Eiaveそのものを抽出ヤング率として抽出する構成であってもよい。   (4) In the embodiment described above, the regression residual arbitrarily extracted in consideration of the standard deviation SDi (variation) of the actual Young's modulus on the actual measurement database is added to the average Young's modulus Eiave as the extracted Young's modulus. Not limited to this, for example, regardless of the value of the extraction density ρi, the maximum and minimum Young's modulus shifted by a predetermined allowable amount (for example, 0.3%) from the average Young's modulus Eiave is extracted as the extracted Young's modulus. May be. Furthermore, when it is recognized that the data distribution of the actual measurement database is uniform to some extent, the average Young's modulus Eiave itself may be extracted as the extracted Young's modulus.

(5)上記実施形態では、センサ部11,11を備えた木材用ヤング率推定装置10を例に挙げて説明したが、上記のヤング率推定プログラムをパーソナルコンピュータにインストールし、別途、応力波伝播速度測定器で測定した応力波伝播時間Tと距離Lとをパーソナルコンピュータに入力してヤング率推定プログラムを実行させる構成であってもよい。   (5) In the above-described embodiment, the wood Young's modulus estimation apparatus 10 including the sensor units 11 and 11 has been described as an example. However, the above-described Young's modulus estimation program is installed in a personal computer, and stress wave propagation is separately performed. The stress wave propagation time T and distance L measured by the velocity measuring device may be input to a personal computer to execute the Young's modulus estimation program.

(6)上記実施形態では、測定対象部材として木材を例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば建築構造材料として利用される鉄、コンクリートなど、強度測定が必要な種々の部材について、本発明を適用することで上記実施形態と同様の効果を得ることができる。   (6) In the above-described embodiment, wood has been described as an example of a measurement target member. However, the present invention is not limited to this, and various members that require strength measurement, such as iron and concrete used as a building structure material, By applying the present invention, the same effect as that of the above embodiment can be obtained.

本発明の一実施形態に係る木材用ヤング率推定装置の外観図1 is an external view of a Young's modulus estimation device for wood according to an embodiment of the present invention. 木材用ヤング率推定装置の内部構成を示した簡略図Simplified diagram showing the internal structure of the Young's modulus estimation device for wood ヤング率ー密度関係の実測データ群がプロットされたグラフGraph plotting measured data group of Young's modulus-density relationship ヤング率推定プログラムの処理内容を示すフローチャートFlow chart showing processing contents of Young's modulus estimation program

符号の説明Explanation of symbols

10…木材用ヤング率推定装置
15…入力部(取得手段)
16…測定部(取得手段)
17…CPU(コンピュータ)
20…メモリ(記憶手段)
F1…回帰直線(回帰線)
Eiave…平均ヤング率
Ei…抽出ヤング率
W…測定対象木材
ρi…抽出密度(第1密度)
ρk…算出密度(第2密度)
v…応力波伝播速度
10 ... Wood Young's modulus estimation device 15 ... Input unit (acquisition means)
16 ... Measurement unit (acquisition means)
17 ... CPU (computer)
20 ... Memory (storage means)
F1 ... regression line (regression line)
Eiave ... Average Young's modulus Ei ... Extracted Young's modulus W ... Measurement target wood ρi ... Extraction density (first density)
ρk ... Calculated density (second density)
v ... Stress wave propagation velocity

Claims (16)

測定対象部材の応力波伝播速度を測定し、部材のヤング率−密度関係の実測データベースの範囲内に存在し得る複数の第1密度を規則的または不規則的に抽出し、当該各第1密度ごとに以下のステップ(A)〜(C)を繰り返し行うことで、前記応力波伝播速度に対応する前記測定対象部材のヤング率を推定するヤング率推定方法。
(A)前記実測データベースの回帰線と、前記第1密度とに基づきヤング率を抽出するヤング率抽出ステップ、
(B)所定の第1関係式に基づき、前記ヤング率抽出ステップで抽出された抽出ヤング率及び前記応力波伝播速度に対応する第2密度を算出する密度算出ステップ、
(C)前記第1密度と前記第2密度との誤差が設定許容範囲内にあることを条件に、前記抽出ヤング率を推定ヤング率として決定する推定ヤング率決定ステップ。
By measuring the stress wave propagation velocity of the measurement target member, a plurality of first densities that may exist within the range of the measured database of the Young's modulus-density relationship of the member are regularly or irregularly extracted, and each of the first densities is extracted. A Young's modulus estimation method for estimating the Young's modulus of the measurement target member corresponding to the stress wave propagation velocity by repeatedly performing the following steps (A) to (C).
(A) A Young's modulus extraction step of extracting a Young's modulus based on the regression line of the actual measurement database and the first density;
(B) a density calculating step for calculating a second density corresponding to the extracted Young's modulus extracted in the Young's modulus extracting step and the stress wave propagation velocity based on a predetermined first relational expression;
(C) An estimated Young's modulus determining step for determining the extracted Young's modulus as an estimated Young's modulus on the condition that an error between the first density and the second density is within a setting allowable range.
測定対象部材の長さ及び固有振動数を測定し、部材のヤング率−密度関係の実測データベースの範囲内に存在し得る複数の第1密度を規則的または不規則的に抽出し、当該各第1密度ごとに以下のステップ(A)〜(C)を繰り返し行うことで、前記測定対象部材の長さ及び固有振動数に対応する前記測定対象部材のヤング率を推定するヤング率推定方法。
(A)前記実測データベースの回帰線と、前記第1密度とに基づきヤング率を抽出するヤング率抽出ステップ、
(B)所定の第2関係式に基づき、前記ヤング率抽出ステップで抽出された抽出ヤング率、前記長さ及び前記固有振動数に対応する第2密度を算出する密度算出ステップ、
(C)前記第1密度と前記第2密度との誤差が設定許容範囲内にあることを条件に、前記抽出ヤング率を推定ヤング率として決定する推定ヤング率決定ステップ。
The length and natural frequency of the member to be measured are measured, and a plurality of first densities that can exist within the range of the measured database of Young's modulus-density relation of the member are regularly or irregularly extracted. A Young's modulus estimation method for estimating the Young's modulus of the measurement target member corresponding to the length and natural frequency of the measurement target member by repeatedly performing the following steps (A) to (C) for each density.
(A) A Young's modulus extraction step of extracting a Young's modulus based on the regression line of the actual measurement database and the first density;
(B) a density calculating step for calculating a second density corresponding to the extracted Young's modulus extracted in the Young's modulus extracting step, the length, and the natural frequency based on a predetermined second relational expression;
(C) An estimated Young's modulus determining step for determining the extracted Young's modulus as an estimated Young's modulus on the condition that an error between the first density and the second density is within a setting allowable range.
コンピュータに、以下の処理(A)〜(D)を実行させることで、部材のヤング率−密度関係の実測データベースと、測定対象部材について実測された応力波伝播速度とに基づき前記測定対象部材のヤング率を推定するためのヤング率推定プログラム。
(A)前記実測データベースの範囲内に存在し得る複数の第1密度を規則的または不規則的に抽出する密度抽出処理、
(B)前記密度抽出処理で抽出された各第1密度について、メモリに記憶された前記実測データベースの回帰線情報と、当該各第1密度とに基づき各ヤング率を抽出するヤング率抽出処理、
(C)前記ヤング率抽出処理で抽出された各抽出ヤング率について、所定の第1関係式に基づき、当該各抽出ヤング率及び前記応力波伝播速度に対応する各第2密度を算出する密度算出処理、
(D)前記各第2密度について、それに対応する前記各第1密度との誤差が設定許容範囲内にある場合に、当該第2密度に対応する前記抽出ヤング率を推定ヤング率として決定する推定ヤング率決定処理。
By causing the computer to execute the following processes (A) to (D), the measurement target member of the measurement target member is measured based on the actual measurement database of the Young's modulus-density relationship of the member and the stress wave propagation velocity actually measured for the measurement target member. A Young's modulus estimation program for estimating Young's modulus.
(A) a density extraction process for regularly or irregularly extracting a plurality of first densities that may exist within the range of the actual measurement database;
(B) For each first density extracted in the density extraction process, a Young's modulus extraction process for extracting each Young's modulus based on the regression line information of the actual measurement database stored in the memory and each first density;
(C) For each extracted Young's modulus extracted in the Young's modulus extraction process, density calculation for calculating each extracted Young's modulus and each second density corresponding to the stress wave propagation velocity based on a predetermined first relational expression. processing,
(D) For each of the second densities, when an error from the corresponding first density is within a setting allowable range, the extracted Young's modulus corresponding to the second density is determined as an estimated Young's modulus Young's modulus determination process.
コンピュータに、以下の処理(A)〜(D)を実行させることで、部材のヤング率−密度関係の実測データベースと、測定対象部材について実測された長さ及び固有振動数とに基づき前記測定対象部材のヤング率を推定するためのヤング率推定プログラム。
(A)前記実測データベースの範囲内に存在し得る複数の第1密度を規則的または不規則的に抽出する密度抽出処理、
(B)前記密度抽出処理で抽出された各第1密度について、メモリに記憶された前記実測データベースの回帰線情報と、当該各第1密度とに基づき各ヤング率を抽出するヤング率抽出処理、
(C)前記ヤング率抽出処理で抽出された各抽出ヤング率について、所定の第2関係式に基づき、当該各抽出ヤング率、前記長さ及び前記固有振動数に対応する各第2密度を算出する密度算出処理、
(D)前記各第2密度について、それに対応する前記各第1密度との誤差が設定許容範囲内にある場合に、当該各第2密度に対応する前記抽出ヤング率を推定ヤング率として決定する推定ヤング率決定処理。
By causing the computer to execute the following processes (A) to (D), the measurement target is based on the actual measurement database of the Young's modulus-density relationship of the member and the length and natural frequency actually measured for the measurement target member. A Young's modulus estimation program for estimating the Young's modulus of a member.
(A) a density extraction process for regularly or irregularly extracting a plurality of first densities that may exist within the range of the actual measurement database;
(B) For each first density extracted in the density extraction process, a Young's modulus extraction process for extracting each Young's modulus based on the regression line information of the actual measurement database stored in the memory and each first density;
(C) For each extracted Young's modulus extracted in the Young's modulus extraction process, each second density corresponding to each extracted Young's modulus, the length, and the natural frequency is calculated based on a predetermined second relational expression. Density calculation processing,
(D) For each of the second densities, when an error from the corresponding first density is within a setting allowable range, the extracted Young's modulus corresponding to the second density is determined as an estimated Young's modulus. Estimated Young's modulus determination process.
前記密度抽出処理は、モンテカルロシミュレーション法により前記実測データベース内の密度についての確率分布に従って前記第1密度を抽出する処理である請求項3または請求項4に記載のヤング率推定プログラム。 5. The Young's modulus estimation program according to claim 3, wherein the density extraction process is a process of extracting the first density according to a probability distribution regarding the density in the actual measurement database by a Monte Carlo simulation method. 前記ヤング率抽出処理は、前記回帰線上において前記第1密度に対応する平均ヤング率を求める平均ヤング率算出処理と、前記実測データベース内において前記第1密度に対応するヤング率のばらつきに基づき前記平均ヤング率を補正して前記抽出ヤング率とする補正処理とを含む請求項3から請求項5のいずれかに記載のヤング率推定プログラム。 The Young's modulus extraction process includes an average Young's modulus calculation process for obtaining an average Young's modulus corresponding to the first density on the regression line, and the average based on a variation in Young's modulus corresponding to the first density in the actual measurement database. The Young's modulus estimation program according to any one of claims 3 to 5, further comprising correction processing for correcting the Young's modulus to obtain the extracted Young's modulus. 前記ヤング率抽出処理は、前記回帰線上において前記第1密度に対応する平均ヤング率を求める平均ヤング率算出処理と、当該平均ヤング率に対する回帰残差を、モンテカルロシミュレーション法により正規分布に従って抽出する回帰残差抽出処理と、その抽出された回帰残差に応じて前記平均ヤング率を補正して前記抽出ヤング率とする補正処理とを含む請求項3から請求項5のいずれかに記載のヤング率推定プログラム。 The Young's modulus extraction process includes an average Young's modulus calculation process for obtaining an average Young's modulus corresponding to the first density on the regression line, and a regression that extracts a regression residual for the average Young's modulus according to a normal distribution by a Monte Carlo simulation method. 6. The Young's modulus according to claim 3, further comprising: a residual extraction process; and a correction process that corrects the average Young's modulus according to the extracted regression residual to obtain the extracted Young's modulus. Estimation program. 回帰残差抽出処理では、一様乱数を発生させ、この一様乱数に基づき標準正規確率変数を算出し、当該標準正規確率変数に、前記実測データベース内において前記第1密度に対応するヤング率の標準偏差を乗じて前記回帰残差とする請求項7に記載のヤング率推定プログラム。 In the regression residual extraction process, a uniform random number is generated, a standard normal random variable is calculated based on the uniform random number, and the standard normal random variable is converted into the Young's modulus corresponding to the first density in the actual measurement database. The Young's modulus estimation program according to claim 7, wherein the regression residual is multiplied by a standard deviation. 部材の種類及び環境のうち少なくともいずれか一方に基づき分類された複数種の実測データベースのなかから特定の実測データベースを指定させる指定処理を更に含み、
前記指定処理で指定された実測データベースに基づき前記処理(A)〜(D)を実行させる請求項3から請求項8のいずれかに記載のヤング率推定プログラム。
Further including a designation process for designating a specific actual measurement database from a plurality of types of actual measurement databases classified based on at least one of the type of member and the environment,
The Young's modulus estimation program according to any one of claims 3 to 8, wherein the processes (A) to (D) are executed based on an actual measurement database designated in the designation process.
測定対象部材の応力波伝播速度を取得する取得手段と、
部材のヤング率−密度関係の実測データベースの回帰線情報及び密度情報が記憶される記憶手段と、
前記密度情報に基づき前記実測データベースの範囲内に存在し得る複数の第1密度を規則的または不規則的に抽出する密度抽出手段と、
前記密度抽出手段で抽出された各第1密度について、前記回帰線情報と、当該各第1密度とに基づき各ヤング率を抽出するヤング率抽出手段と、
前記ヤング率抽出手段で抽出された各抽出ヤング率について、所定の第1関係式に基づき、当該各抽出ヤング率及び前記応力波伝播速度に対応する各第2密度を算出する密度算出手段と、
前記各第2密度について、それに対応する前記各第1密度との誤差が設定許容範囲内にある場合に、当該第2密度に対応する前記抽出ヤング率を推定ヤング率として決定する推定ヤング率決定手段と、を備えるヤング率推定装置。
Acquisition means for acquiring the stress wave propagation velocity of the measurement target member;
Storage means for storing regression line information and density information of an actual measurement database of Young's modulus-density relationship of members;
Density extraction means for regularly or irregularly extracting a plurality of first densities that may exist within the range of the actual measurement database based on the density information;
For each first density extracted by the density extraction means, Young's modulus extraction means for extracting each Young's modulus based on the regression line information and each first density;
For each extracted Young's modulus extracted by the Young's modulus extracting means, density calculating means for calculating each second density corresponding to each extracted Young's modulus and the stress wave propagation velocity based on a predetermined first relational expression;
Estimated Young's modulus determination that determines the extracted Young's modulus corresponding to the second density as the estimated Young's modulus when an error from the first density corresponding to each second density is within a setting allowable range. Means for estimating the Young's modulus.
測定対象部材の長さ及び固有振動数を取得する取得手段と、
部材のヤング率−密度関係の実測データベースの回帰線情報及び密度情報が記憶される記憶手段と、
前記密度情報に基づき前記実測データベースの範囲内に存在し得る複数の第1密度を規則的または不規則的に抽出する密度抽出手段と、
前記密度抽出手段で抽出された各第1密度について、前記回帰線情報と、当該各第1密度とに基づき各ヤング率を抽出するヤング率抽出手段と、
前記ヤング率抽出手段で抽出された各抽出ヤング率について、所定の第2関係式に基づき、当該各抽出ヤング率、前記長さ及び前記固有振動数に対応する各第2密度を算出する密度算出手段と、
前記各第2密度について、それに対応する前記各第1密度との誤差が設定許容範囲内にある場合に、当該第2密度に対応する前記抽出ヤング率を推定ヤング率として決定する推定ヤング率決定手段と、を備えるヤング率推定装置。
Acquisition means for acquiring the length and natural frequency of the member to be measured;
Storage means for storing regression line information and density information of an actual measurement database of Young's modulus-density relationship of members;
Density extraction means for regularly or irregularly extracting a plurality of first densities that may exist within the range of the actual measurement database based on the density information;
For each first density extracted by the density extraction means, Young's modulus extraction means for extracting each Young's modulus based on the regression line information and each first density;
For each extracted Young's modulus extracted by the Young's modulus extracting means, a density calculation for calculating each second density corresponding to each extracted Young's modulus, the length, and the natural frequency based on a predetermined second relational expression. Means,
Estimated Young's modulus determination that determines the extracted Young's modulus corresponding to the second density as the estimated Young's modulus when an error from the first density corresponding to each second density is within a setting allowable range. Means for estimating the Young's modulus.
前記密度抽出手段は、モンテカルロシミュレーション法により前記実測データベース内の密度についての確率分布に従って前記第1密度を抽出する請求項10または請求項11に記載のヤング率推定装置。 The Young's modulus estimation apparatus according to claim 10 or 11, wherein the density extraction unit extracts the first density according to a probability distribution regarding the density in the actual measurement database by a Monte Carlo simulation method. 前記ヤング率抽出手段は、前記回帰線上において前記第1密度に対応する平均ヤング率を求める平均ヤング率算出手段と、前記実測データベース内において前記第1密度に対応するヤング率のばらつきに基づき前記平均ヤング率を補正して前記抽出ヤング率とする補正手段とを有する請求項10から請求項12のいずれかに記載のヤング率推定装置。 The Young's modulus extraction means includes an average Young's modulus calculation means for obtaining an average Young's modulus corresponding to the first density on the regression line, and the average based on a variation in Young's modulus corresponding to the first density in the measured database. The Young's modulus estimator according to any one of claims 10 to 12, further comprising correction means for correcting the Young's modulus to obtain the extracted Young's modulus. 前記ヤング率抽出手段は、前記回帰線上において前記第1密度に対応する平均ヤング率を求める平均ヤング率算出手段と、当該平均ヤング率に対する回帰残差を、モンテカルロシミュレーション法により正規分布に従って抽出する回帰残差抽出手段と、その抽出された回帰残差に応じて前記平均ヤング率を補正して前記抽出ヤング率とする補正手段とを有する請求項10から請求項12のいずれかに記載のヤング率推定装置。 The Young's modulus extraction means includes an average Young's modulus calculation means for obtaining an average Young's modulus corresponding to the first density on the regression line, and a regression that extracts a regression residual with respect to the average Young's modulus according to a normal distribution by a Monte Carlo simulation method. The Young's modulus according to any one of claims 10 to 12, further comprising: a residual extracting unit; and a correcting unit that corrects the average Young's modulus according to the extracted regression residual to obtain the extracted Young's modulus. Estimating device. 回帰残差抽出手段は、一様乱数を発生させ、この一様乱数に基づき標準正規確率変数を算出し、当該標準正規確率変数に、前記実測データベース内において前記第1密度に対応するヤング率の標準偏差を乗じて前記回帰残差とする請求項14に記載のヤング率推定装置。 The regression residual extracting means generates a uniform random number, calculates a standard normal random variable based on the uniform random number, and sets the standard normal random variable to a Young's modulus corresponding to the first density in the actual measurement database. The Young's modulus estimation apparatus according to claim 14, wherein the regression residual is multiplied by a standard deviation. 前記記憶手段には、部材の種類及び環境のうち少なくともいずれか一方に基づき分類された複数種の実測データベースの回帰線情報及び密度情報が記憶されており、
前記複数の複数種の実測データベースのなかから特定の実測データベースを指定させる指定手段を備え、
前記密度抽出手段及び前記ヤング率抽出手段は、前記指定手段で指定された実測データベースの回帰線情報及び密度情報に基づき処理を実行する請求項10から請求項15のいずれかに記載のヤング率推定装置。
The storage means stores regression line information and density information of a plurality of types of measurement databases classified based on at least one of the type of member and the environment,
A designation means for designating a specific actual measurement database from the plurality of types of actual measurement databases;
The Young's modulus estimation according to any one of claims 10 to 15, wherein the density extraction unit and the Young's modulus extraction unit execute processing based on regression line information and density information of an actual measurement database designated by the designation unit. apparatus.
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