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平成27年度以前のレポート

物理工学

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実習指導

琵琶 志朗 (航空宇宙工学専攻機能構造力学研究室 教授)

チューター

荒川 拓公 (航空宇宙工学専攻機能構造力学研究室)
岡原 拓馬 (航空宇宙工学専攻機能構造力学研究室)
見戸 清訓 (航空宇宙工学専攻機能構造力学研究室)
山本 浩樹 (航空宇宙工学専攻機能構造力学研究室)

ボランティア

石井 陽介 (航空宇宙工学専攻機能構造力学研究室)
森 直樹  (航空宇宙工学専攻機能構造力学研究室)

実施場所

桂キャンパス C3棟ゼミ室C4、機能構造力学実験室

実習内容

 はじめに超音波に関する基礎的事項を学習した後、段付きアルミニウム合金ブロックを用いた超音波波形の観察を行い、厚さの異なる部分では反射波の到達時間に差があること、異なる厚さ(伝搬距離)に対して反射波到達時間を測ることで縦波速度を求めることができることを確かめた。また、その応用として、底面に複数の円孔を設けたアルミニウム合金ブロックの表面から超音波を入射し、反射波の情報から内部構造を推定する実験を行った。つぎに、アクリル樹脂ブロックを両面テープで貼り合わせた試験片を用いて、水浸超音波計測による粘着面の画像化実験を行った。試験片は粘着面に意図的に欠陥を導入して作製し、導入した欠陥がどのように画像化されるかを、中心周波数の異なる超音波探触子(5MHz、15MHz)を用いて調べた。このほか、有限要素法による超音波伝搬シミュレーションや、超音波を用いた非破壊評価に関する最新研究テーマの紹介を通じて、超音波に関する理解を深めた。

超音波の反射波情報から、アルミニウム合金ブロックの内部構造を推定。
超音波の反射波情報から、アルミニウム合金ブロックの内部構造を推定。

両面テープで貼り合わせた試験片の欠陥を超音波により画像化。
両面テープで貼り合わせた試験片の欠陥を超音波により画像化。

両面テープ貼り合わせ面の画像化例。
両面テープ貼り合わせ面の画像化例。


受講生の感想

  •  超音波を斜めに入射した場合の式が複雑に見えるけどものすごく簡単だと言われたので、はやく高校の数学と物理を終わらせてやろうと思った。アクリル板を両面テープでひっつける作業は難しいと思った。目で見えない小さな世界でおきた問題を見つけることすら難しいのだなと思った。強度を上げるためにコンクリートに鉄の棒を入れるようなことをCFRPもやっていておもしろいと思った。
  •  超音波を用いてこのように物質内部の状態を見るというのは、物質を破壊しないのでとても画期的なやり方だなと思いました。画像化がなかなかうまくいかなくて、懸命に切ったミッキーの顔が一切うつらず悲しかったけれど、きれいにうつったものもあってうれしかったです。
  •  生物の中には音を利用して周囲の情報を得ているものがいるのを知っていたが、人間も利用しているのだと再認識できた。音波というのは、電波よりも誤差がでやすいというイメージをもっていたのですが、音が反射して返ってくるまでの時間が、音のはねかえった部分と、正確な比例の関係にあったことや、はねかえってきた音波は、それが何往復したかで、指数関数のグラフのような関係になっていたので、音も物理学の摂理にしたがっていることが実感できて美しいと思った。
  •  音が物体中を伝搬するという性質を用いて、物体内部を「診る」ということができるということに驚きました。実際に、アルミの内部構造を観察したり、アクリルの欠陥のある物体を作って、内部を具体的に見ることで、仕組みをとても実感できました。光などにはない性質を使って観察するのは上手いことできていると思いました。
  •  今回の講演はとても楽しかったです。先生方の説明に非常に分かりやすく、音や波に少し苦手意識を持っていましたが、今回の講演で好きになりました。家に帰って、いただいたUSBから今日やったことを復習したり、もっとよく調べるのが楽しみです。実験の結果でうまくいかなかった理由やブロックの中身を調べたりするのが特に楽しかったです。
  •  うまく検査するのは大変だった。もし次やるならこうするとよいと思う(コンピュータ向き,人間には無理)。 1.四角形をたくさんの方眼に分ける(全てのマスを0で初期化)。 2.トランスデューサにかぶさる部分にその場所での深さの平均を足す(例えば,左の■のマスに深さが2だったら2を足す。深さに応じて比例する適当な値を定義する)。 3.トランスデューサを1マスずらして同じように深さを足す。 4.そうするとすべてのマスに何かしらの値が入る。 5.全てのマスの数を適当な値で割る。 6.各々のマスの値に応じてマスに濃さを変えながら色づけをする。 7.完成! 圧電ブザーは電子工作でよく使います(1kHzくらいですが)。楽しかったです。ありがとうございました。

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