JPWO2016092869A1 - 部材の状態評価方法 - Google Patents
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Abstract
Description
検査対象の部材が加振されることにより発生する音響信号に基づいて前記部材の状態を非破壊で定量評価する部材の状態評価方法であって、
健全状態にある部材および不健全状態にある部材のそれぞれをモデル化して解析モデルを作成する解析モデル作成工程と、
各々の解析モデルに対して複数の加振点および測定点を決定して、加振点より加振を行うと共に、測定点で前記加振により発生する音響信号を測定して周波数分析を行うことにより、加振点毎、測定点毎に得られた、複数のモード毎の固有周波数を含む周波数分布のデータを状態評価データとして取得して、状態評価データベースを構築する状態評価データベース構築工程と、
前記検査対象の部材を複数の加振点より加振を行うと共に、複数の測定点で前記加振により発生する音響信号を測定して周波数分析を行うことにより、加振点毎、測定点毎に得られた、複数のモード毎の固有周波数を含む周波数分布のデータを実測状態評価データとして取得する実測状態評価データ取得工程と、
取得された前記実測状態評価データと、前記状態評価データベースの各状態評価データとを照合することにより、前記検査対象の部材の状態を評価する状態評価工程と
を備えていることを特徴とする部材の状態評価方法である。
前記解析モデルが、数値解析用に作成された解析モデルであり、
前記状態評価データベース構築工程が、前記解析モデルに数値解析手法を用いて、前記状態評価データを取得する状態評価データベース構築工程である
ことを特徴とする請求項1に記載の部材の状態評価方法である。
前記解析モデルが、前記検査対象の部材を拘束する拘束条件を加えてモデル化された解析モデルであることを特徴とする請求項2に記載の部材の状態評価方法である。
前記数値解析手法が、有限要素法、有限差分法、有限体積法、および境界要素法からなる群より選択された一つの数値解析手法であることを特徴とする請求項2に記載の部材の状態評価方法である。
前記状態評価データベース構築工程における前記周波数分析が、時刻歴応答解析または周波数応答解析であることを特徴とする請求項2ないし請求項4のいずれか1項に記載の部材の状態評価方法である。
前記状態評価データベース構築工程において、前記時刻歴応答解析または周波数応答解析を行う前に、前記各々の解析モデルに対して固有値解析を行い、前記固有値解析の結果に基づいて前記時刻歴応答解析または周波数応答解析を行うことを特徴とする請求項5に記載の部材の状態評価方法である。
前記解析モデルが、実際の使用状況を模擬して作成されたモックアップ試験体であり、
前記状態評価データベース構築工程が、前記モックアップ試験体への加振により発生する音響信号を測定することにより、前記状態評価データを取得する状態評価データベース構築工程である
ことを特徴とする請求項1に記載の部材の状態評価方法である。
前記解析モデルが、前記検査対象の部材を拘束する部材を加えてモデル化された解析モデルであることを特徴とする請求項7に記載の部材の状態評価方法である。
前記検査対象の部材が、目視検査が困難な箇所に配置された金属、セラミックス、または樹脂で製作された管材、棒材、板材、ワイヤ材、チェーン材、もしくはそれらの組み合わせ部材であることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の部材の状態評価方法である。
前記検査対象の部材が、目視検査が困難な箇所に施工されたコンクリート部材であることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の部材の状態評価方法である。
前記実測状態評価データ取得工程において、前記加振により発生する音響信号を測定する機材として、検査対象部材に直接接触させることができるセンサを用いることを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれか1項に記載の部材の状態評価方法である。
前記センサとして、アコースティックエミッションセンサを用いることを特徴とする請求項11に記載の部材の状態評価方法である。
最初に、本実施の形態に係る部材の状態評価方法の概要について説明する。
次に、本実施の形態に係る部材の状態評価方法における工程について説明する。
本工程は、検査対象の部材の状態を評価する際に比較対象となる状態評価データを格納した状態評価データベースを予め構築する工程である。
本工程は、実際の検査対象における実測状態評価データを得る工程である。
実測状態評価データ取得工程において得られた実測状態評価データ(周波数分布のデータ)を、状態評価データベース構築工程において予め構築された状態評価データベースの各状態評価データ(周波数分布のデータ)と比較する。これにより、実測状態評価データが、状態評価データベースにおけるどのような状態の状態評価データであるかを確認することができるため、目視検査が困難な箇所に検査対象の部材が配置されていても、検査対象の部材の状態(通常状態、施工不良、劣化など)を瞬時に把握して、定量的に評価することができる。
以下、本実施の形態に係る部材の状態評価方法を用いた具体的な一例として、腐食減肉が生じた部材に対して行った部材の状態評価を例に挙げてさらに詳しく説明する。なお、ここでは、数値解析手法として、有限要素法による周波数応答解析(モード法)を採用した。
図1は、本実施の形態に係る部材の状態評価方法に使用される腐食減肉をモデル化した解析モデルを示す図である。
(a)加振点および測定点の決定
図3は、本実施の形態に係る部材の状態評価方法に使用される図1に示したNo2の解析モデルにおける加振点および測定点を示す図である。
試験体上面中心の軸方向の速度成分を測定値に基づいて数値計算により算出した。
(a)センサの設置
まず、No1〜3の形状に形成された検査対象に対して、図3に示した位置にAEセンサを設置した。なお、センサとして変位センサや加速度センサなどを用いる場合には、そのセンサが検出する物理量を数値計算する。
各検査対象に対し、図3に示した加振点をハンマで打撃し、音響信号の測定を実施した。
得られた音響信号に対して高速フーリエ変換を実施して、周波数分布のデータ(実測状態評価データ)を得た。得られた周波数分布のデータを図6に示す。
予め構築された状態評価データベースより、得られた周波数分布のデータに適合するデータを抽出し、検査対象の部材の状態を定量的に評価した。
以下、鋼管(評価実験1)、鋼管膨脹型ロックボルト(評価実験2)、グラウンドアンカー(評価実験3)について行った評価実験を例に挙げて、本発明の有用性について説明する。なお、各部材の状態評価は、上記と同一の手法で行った。
評価実験1として、鋼管の状態評価を行った。
図7は、評価実験1における解析モデルを示す図である。図7に示すように、評価実験1においては、通常の健全状態にある鋼管(No1通常)、および不健全状態にある3種類の鋼管、即ち、き裂が発生している鋼管(No2き裂試験体)、周方向に腐食が発生している鋼管(No3周方向腐食試験体)、貫通孔の腐食が発生している鋼管(No4貫通孔腐食試験体)の合計4種類について、解析モデルを作成した。これらの解析モデルに対し、周波数応答解析(モード法)を実施する前に、まず、固有値解析を実施して、各モード毎の固有周波数を求めた。
(a)加振点および測定点の決定
加振点を鋼管の上部端から10mmの位置とした。
試験体上面中心の軸方向の速度成分を測定値に基づいて数値計算により算出した。
(a)センサの設置
まず、No1〜4の形状に形成された検査対象に対して、AEセンサを上部端面に設置した。
各検査対象に対し、上記した加振点をハンマで打撃し、音響信号の測定を実施した。
得られた音響信号に対して周波数分布のデータ(実測状態評価データ)を得た。得られた周波数分布のデータを図8に示す。
予め構築された状態評価データベースより、得られた周波数分布のデータに適合するデータを抽出し、検査対象の部材の状態を定量的に評価した。
評価実験2として、鋼管膨張型のロックボルトの状態評価を行った。
図9は、評価実験2における解析モデルを示す図である。図9に示すように、評価実験2においては、通常の健全状態にあるロックボルト(No1通常)、および不健全状態にある2種類のロックボルト、即ち、き裂が発生しているロックボルト(No2き裂試験体)、曲げ変形を生じているロックボルト(No3曲げ変形試験体)の合計3種類について、解析モデルを作成した。これらの解析モデルに対し、周波数応答解析(モード法)を実施する前に、まず、固有値解析を実施して、各モード毎の固有周波数を求めた。
(a)加振点および測定点の決定
加振点をロックボルトの上部端から5mmの位置とした。
試験体上面中心の軸方向の速度成分を測定値に基づいて数値計算により算出した。
(a)センサの設置
まず、No1〜3の形状に形成された検査対象に対して、AEセンサを上部端面に設置した。
各検査対象に対し、上記した加振点をハンマで打撃し、音響信号の測定を実施した。
得られた音響信号に対して周波数分布のデータ(実測状態評価データ)を得た。得られた周波数分布のデータを図10に示す。
予め構築された状態評価データベースより、得られた周波数分布のデータに適合するデータを抽出し、検査対象の部材の状態を定量的に評価した。
評価実験3として、グラウンドアンカーの状態評価を行った。
図11は、評価実験3における解析モデルを示す図である。図11に示すように、評価実験3においては、グラウンドアンカーにウェイトをつけて、緊張力を変化させた試験体を解析モデルとして作製した。この解析モデルに対し、周波数応答解析(モード法)を実施する前に、まず、固有値解析を実施して、各モード毎の固有周波数を求めた。
(a)加振点および測定点の決定
本評価実験3においては、加振点および測定点の組み合わせとして、加振点および測定点のいずれもをボルトの側面とした組み合わせ、および、加振点および測定点のいずれもをボルトの頭頂部とした組み合わせを採用した。
試験体上面中心の軸方向の速度成分を測定値に基づいて数値計算により算出した。
(a)センサの設置
まず、図11の形状に形成された検査対象に対して、AEセンサを上記各測定点に設置した。
各検査対象に対し、上記した加振点をハンマで打撃し、上記した測定点で音響信号の測定を実施した。
得られた音響信号に対して周波数分布のデータ(実測状態評価データ)を得た。得られた周波数分布のデータを図12に示す。
予め構築された状態評価データベースより、得られた周波数分布のデータに適合するデータを抽出し、検査対象の部材の状態を定量的に評価した。
評価実験4として、上記した各部材を施工する際に基礎となるコンクリート自体の状態評価を行った。
最初に、図14に示すように、健全なコンクリートブロック試験体6aとして200×200×200(mm)のコンクリートブロック試験体を3体作製した。
作製された各コンクリートブロック試験体6の上面部に、図18に示すようにセンサ3としてAEセンサを取り付けた後、センサ3近傍の所定の加振点をハンマ5で打撃し、この打撃により発生した音響信号をセンサ3を用いて取得した。その後、取得された音響信号に対して高速フーリエ変換解析(FFT解析)を行うことにより周波数分布のデータを得た。結果を図19に示す。
以上、説明してきたように、得られる信号の複数のモードの固有周波数を含む周波数分布に着目する本実施の形態を採用して、検査対象の部材の施工不良や劣化をモデル化し、加振点および測定点毎に得られた、複数のモードの固有周波数を含む周波数分布のデータを格納した状態評価データベースを作成しておくことにより、単一のモードの固有周波数に着目する場合のように、劣化しても変化しない周波数を評価して誤った判断を下す恐れが軽減され、より正確な状態診断が可能となる。そして、従来の手法では困難であった不均一な施工不良や劣化を正確に診断することが可能となる。
2 減肉部
3 センサ
4 検査対象部材
5 ハンマ
6 コンクリートブロック試験体
6a 健全なコンクリートブロック試験体
6b 鉄筋入り模擬コンクリートブロック試験体
6c 空隙模擬コンクリートブロック試験体
6d ひび割れ・剥離模擬コンクリートブロック試験体
7 鉄筋
8 空隙
9 ひび割れ・剥離の発生箇所
発明が解決しようとする課題
[0019]
本発明は、上記した施工不良や劣化、それに伴う機械強度、固着力、引抜強度の低下を含めた部材の状態を評価する手法における種々の問題点に鑑み、検査対象の部材の形状や検査環境、検査員の熟練度に依存せず、より高い精度で部材の様々な状態を瞬時に把握することができる部材の状態評価方法を提供することを課題とする。
課題を解決するための手段
[0020]
請求項1に記載の発明は、
検査対象の部材が加振されることにより発生する音響信号に基づいて前記部材の状態を非破壊で定量評価する部材の状態評価方法であって、
健全状態にある部材および不健全状態にある部材のそれぞれをモデル化して複数の解析モデルを作成する解析モデル作成工程と、
各々の解析モデルに対して複数の加振点および測定点を決定して、前記複数の加振点の各々より加振を行うと共に、前記複数の測定点の各々で前記加振により発生する音響信号を測定して周波数分析を行うことにより、加振点毎、測定点毎に得られた、複数のモード毎の固有周波数を含む周波数分布のデータを状態評価データとして取得して、状態評価データベースを構築する状態評価データベース構築工程と、
前記検査対象の部材を複数の加振点の各々より加振を行うと共に、複数の測定点の各々で前記加振により発生する音響信号を測定して周波数分析を行うことにより、加振点毎、測定点毎に得られた、複数のモード毎の固有周波数を含む周波数分布のデータを実測状態評価データとして取得する実測状態評価データ取得工程と、
取得された前記実測状態評価データと、前記状態評価データベースの各状態評価データとを照合することにより、前記検査対象の部材の状態を評価する状態評価工程と
を備えていることを特徴とする部材の状態評価方法である。
[0021]
請求項2に記載の発明は、
前記解析モデルが、数値解析用に作成された解析モデルであり、
Claims (12)
- 検査対象の部材が加振されることにより発生する音響信号に基づいて前記部材の状態を非破壊で定量評価する部材の状態評価方法であって、
健全状態にある部材および不健全状態にある部材のそれぞれをモデル化して解析モデルを作成する解析モデル作成工程と、
各々の解析モデルに対して複数の加振点および測定点を決定して、加振点より加振を行うと共に、測定点で前記加振により発生する音響信号を測定して周波数分析を行うことにより、加振点毎、測定点毎に得られた、複数のモード毎の固有周波数を含む周波数分布のデータを状態評価データとして取得して、状態評価データベースを構築する状態評価データベース構築工程と、
前記検査対象の部材を複数の加振点より加振を行うと共に、複数の測定点で前記加振により発生する音響信号を測定して周波数分析を行うことにより、加振点毎、測定点毎に得られた、複数のモード毎の固有周波数を含む周波数分布のデータを実測状態評価データとして取得する実測状態評価データ取得工程と、
取得された前記実測状態評価データと、前記状態評価データベースの各状態評価データとを照合することにより、前記検査対象の部材の状態を評価する状態評価工程と
を備えていることを特徴とする部材の状態評価方法。 - 前記解析モデルが、数値解析用に作成された解析モデルであり、
前記状態評価データベース構築工程が、前記解析モデルに数値解析手法を用いて、前記状態評価データを取得する状態評価データベース構築工程である
ことを特徴とする請求項1に記載の部材の状態評価方法。 - 前記解析モデルが、前記検査対象の部材を拘束する拘束条件を加えてモデル化された解析モデルであることを特徴とする請求項2に記載の部材の状態評価方法。
- 前記数値解析手法が、有限要素法、有限差分法、有限体積法、および境界要素法からなる群より選択された一つの数値解析手法であることを特徴とする請求項2に記載の部材の状態評価方法。
- 前記状態評価データベース構築工程における前記周波数分析が、時刻歴応答解析または周波数応答解析であることを特徴とする請求項2ないし請求項4のいずれか1項に記載の部材の状態評価方法。
- 前記状態評価データベース構築工程において、前記時刻歴応答解析または周波数応答解析を行う前に、前記各々の解析モデルに対して固有値解析を行い、前記固有値解析の結果に基づいて前記時刻歴応答解析または周波数応答解析を行うことを特徴とする請求項5に記載の部材の状態評価方法。
- 前記解析モデルが、実際の使用状況を模擬して作成されたモックアップ試験体であり、
前記状態評価データベース構築工程が、前記モックアップ試験体への加振により発生する音響信号を測定することにより、前記状態評価データを取得する状態評価データベース構築工程である
ことを特徴とする請求項1に記載の部材の状態評価方法。 - 前記解析モデルが、前記検査対象の部材を拘束する部材を加えてモデル化された解析モデルであることを特徴とする請求項7に記載の部材の状態評価方法。
- 前記検査対象の部材が、目視検査が困難な箇所に配置された金属、セラミックス、または樹脂で製作された管材、棒材、板材、ワイヤ材、チェーン材、もしくはそれらの組み合わせ部材であることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の部材の状態評価方法。
- 前記検査対象の部材が、目視検査が困難な箇所に施工されたコンクリート部材であることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の部材の状態評価方法。
- 前記実測状態評価データ取得工程において、前記加振により発生する音響信号を測定する機材として、検査対象部材に直接接触させることができるセンサを用いることを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれか1項に記載の部材の状態評価方法。
- 前記センサとして、アコースティックエミッションセンサを用いることを特徴とする請求項11に記載の部材の状態評価方法。
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