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研究開発
研究開発のご紹介

〜将来を見据えた技術開発〜

東海技術センターは、将来的な社会資本の老朽化を見据え、維持管理の時代に対応すべく2007年よりAE 技術(アコースティック・エミッション技術)に関する研究開発を開始すると共に、地域への技術啓発を目的としたAE 技術に関するセミナー等を主催して参りました。

AE(アコースティック・エミッション)とは?

◆AE(Acoustic Emission)は、直訳して「音響の放出」という意味となり、物体が壊れたり変形したりするときに発生する弾性波のことを指します。例えば、割り箸を折る際に発生する"ミシミシ"といった音なども広義にはAE であるといえますが、AE は、数十kHz〜数MHz の人間の耳には聞こえない超音波領域であることが、その特徴といえます。

◆AE は、構造物の状態監視に多く用いられ、ものづくり分野においても、プレス加工などの不具合検出等に広く活用されています。

【構 造 物】 橋梁、タンク、各種設備等の状態監視(主として損傷モニタリング)

【もの作り】 切削加工、プレス加工、レーザー溶接等の不具合検出(インライン化)

AE 計測は、図1のようなシステム構成になっています。

1. 圧電素子からなるAEセンサで弾性波を検出。
2. アンプで信号を増幅
3. AE装置本体にて信号処理を行う。
4. PCにてデータを解析。

PC では図2に示したようなAE の生波形が得られます。縦軸はセンサの圧電体に与えられた力を電圧信号に変換したもので、横軸は時間を表しています。計測で得られる結果は全てこのAE 波形が基になります。AE を活用するためには、目的に応じて、波の特徴を抽出することが必要となります。例えば、最大振幅値(Peak Amplitude)、AE 持続時間(Duration)などのAE パラメータと呼ばれるものが利用されます(図3参照)。これらのAE パラメータと、対象となる実際の現象との関係を解析することで、構造物内部の状態や製品の不具合等を把握することに生かされます。

土木・建築構造物をターゲットにした研究

■鉄筋腐食を伴うRC はりの曲げ破壊挙動とAE による損傷評価

(共同研究機関:京都大学 名古屋大学)

鉄筋腐食を伴う劣化コンクリート構造物の破壊メカニズを解明、評価することは大変重要です。この研究では、電気腐食により異なる鉄筋腐食レベルを持つRC を用意し、曲げ載荷試験中のAE 計測を実施しました例です。結果を簡単に説明します。

はりにおけるAE イベント数は腐食レベルの増加に伴い増加しました。特に高い腐食レベルの初期の載荷で顕著であったことから、腐食による鉄筋―コンクリート間の拘束力低下が観察できている可能性を見出しました。また、直接鉄筋に取付けたAE センサから得られたAEは、コンクリート表面に取付けたセンサから検出されたものとは異なり、低い周波数成分を含んだものが多く検出されました。低い周波数で検出されたAEは腐食鉄筋−コンクリート間の剥離挙動に特化したものではないかと考えられます。

もの作りをターゲットにした計測

■もの作りへの応用

各種製品の製造工程にもAEが適用できます。
以下にAEシステム導入までの簡単な流れを示します。

■AEシステム導入までの流れ

■まずは、不具合のタイプ毎にAEの特徴を抽出するところからスタートします。

製造工程内の各不具合に応じた特徴的な波形を見つけ出します。
後は信号処理によりインライン化し、早期に、かつ自動で不具合検出が行えます。

AEに関する取組み

2007年4月 AE 機器を購入し、AE ラボ立ち上げ
2007年5月

『最新AE技術セミナー』主催
講師)東京工業大学 准教授 水谷義弘氏 飛島建設株式会社 塩谷智基氏

2007年7月

『第1回AE技術サロン』主催
講師)日本フィジカルアコースティクス株式会社
代表取締役 湯山茂徳氏

2007年11月

『第2回AE技術サロン』主催
講師)東京大学大学院 准教授 榎 学氏
株式会社デンソー 榊原 誠氏

2008年3月

鉄筋コンクリートの共同研究開始(名古屋大学、京都大学)

※鉄筋腐食を伴うRC の曲げ載荷試験におけるAE 計測

2008年9月

『ビジネスフェア2008(東海地区信用金庫協会主催)』技術紹介 出展

2008年12月

国際シンポジウムIAES Kyoto(京都) 発表
Flexural failure behavior of beams with rebar corrosion and damage evaluation by Acoustic Emission

2009年5月

『AEものづくり実践セミナー」主催
東京大学大学院 准教授 榎 学氏
株式会社デンソー 榊原 誠氏

2009年7月

製造業を対象とした計測事業を開始
自動車部品メーカー:鍛造工程における不具合検出の検討など

2009年8月

第17 回AE コンファレンス (仙台)発表
『鉄筋腐食を伴うRC の曲げ載荷試験とAE による損傷評価』

2009年10月

アップグレードシンポジウム(日本材料学会)(京都) 発表
『鉄筋腐食を伴うRC の曲げ載荷試験とAE による損傷評価』

2009年11月

技術経営セミナー(春日井市役所)技術紹介
『アコースティック・エミッション(AE)計測事業の概要と実践について』

2009年12月

特許出願(2009-299570)
「アコースティック・エミッションによるコンクリート構造物内部の鉄筋腐食評価方法」

2010年4月

橋梁のAE 研究計測 開始

※愛知県内

2010年11月

国際シンポジウムIAES Kumamoto(熊本)発表
『On-site health assessment of RC bridge with AE techniques』

2011年1月

橋梁のAE 計測 実施
※愛知県内

2011年4月

NPO 法人・コンクリート技術支援機構(ASCoT)補修部会にて講演
『AE(アコースティックエミッション)によるコンクリート構造物のモニタリング』

2011年9月

第18 回AE コンファレンス(東京)発表
『AE トモグラフィーによるインフラ構造物の健全性評価手法の提案』

2013年7月

JCI(日本コンクリート工学会) 全国大会in 名古屋

技術紹介展示

2013年12月

第19 回AE コンファレンス(大阪)発表
『繊維補強コンクリートの曲げ試験におけるAE トモグラフィの解析』

AEに関する取組み

・「AE 部門幹事会」(日本非破壊検査協会)

・「コンクリート構造物のインフラドック構築フィージビリティ調査研究委員会」(JCI)

・「インフラアセットモニタリング研究会」(京都大学、日本大学、飛島建設他)

論文

1.Kunieda, M., N. Okude, T. Shiotani and H. Nakamura, Flexural failure behavior of RC beams with rebar corrosion and damage evaluation by acoustic emission, JSNDI, Progress in Acoustic Emission XIV, pp. 325-332, 2008.

2.Okude, N., M. Kunieda, T. Shiotani and H. Nakamura, Flexural failure behavior of RC beams with rebar corrosion and damage evaluation by acoustic emission, Acoustic Emission Group, Journal of Acoustic Emission, Vol. 27, pp. 263-271, 2010.

3.Shiotani, T., M. Kunieda and N. Okude, Quantified estimation of rebar corrosion by means of acoustic emission technique, IA-FraMCoS, Fracture Mechanics of Concrete and Concrete Structures -Assessment, Durability, Monitoring and Retrofitting of Concrete Structures- Proceedings of the 7th International Conference on Fracture Mechanics of Concrete and Concrete Structures (FraMCoS-7) , pp. 1149-1153, CD-ROM, 2010.

4.Okude, N., T. Iwahara, K. Kawai and T. Shiotani, On-site health assessment of RC bridge with AE technique, JSNDI, Progress in Acoustic Emission XV, pp. 283-288, 2010.

5.奥出信博,国枝稔,塩谷智基,吉見晋平:鉄筋腐食を伴うRC はりの曲げ破壊挙動とAEによる損傷評価,日本材料学会,コンクリート構造物の補修,補強,アップグレード論文報告集,第9 巻,pp.295-300, 2009.

6.奥出信博,国枝稔,塩谷智基,吉見晋平:鉄筋腐食を伴うRC はりの曲げ破壊挙動とAEによる損傷評価,日本非破壊検査協会,第17 回AE 総合コンファレンス論文集,pp. 45-48,2009.

7.奥出信博,塩谷智基,桃木昌平,小林義和:AEトモグラフィーによるインフラ構造物の健全性評価手法の提案,日本非破壊検査協会,第18 回AE 総合コンファレンス論文集,39-42,2011.

8.奥出信博,塩谷智基,小林義和,桃木昌平:AEを用いたコンクリート構造物の新しい損傷評価手法の試み,JSNDI,アコースティック・エミッション部会,講演会資料AE-00018,pp. 13-20,2012.

9.奥出信博,塩谷智基,桃木昌平,小林義和:繊維補強コンクリートの曲げ試験におけるAE トモグラフィの解析,日本非破壊検査協会,第19 回AE 総合コンファレンス論文集,65-68,2013.

リンク集

■京都大学大学院工学研究科都市社会工学専攻

http://lakers.kuciv.kyoto-u.ac.jp/

■京都大学塩谷智基准教授

http://shiotani.alsterkobe.com/

■名古屋大学大学院工学研究科社会基盤工学専攻材料形態学グループ

http://concrete-lab.civil.nagoya-u.ac.jp/homepage/j/

■岐阜大学大学院工学研究科社会基盤工学科

http://www.gifu-u.ac.jp/eng/belong_new.rbz?affil=1

■一般社団法人日本非破壊検査協会

http://www.jsndi.jp/

■AE技術研究所

http://www.ae-technolabo.com/

■NPO 法人コンクリート技術支援機構

http://www1.ocn.ne.jp/~ascotnpo/

■公益社団法人日本コンクリート工学会

http://www.jci-net.or.jp/

■コンクリート構造物のインフラドック構築フィージビリティ調査研究委員会

http://www.jci-net.or.jp/~tc125fs/

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