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非接触ひずみ分布測定技術－化粧品開発からインフラ構造物の検査まで－

青山学院大学理工学部機械創造工学科

教授 米山 聡

平成30年11月22日

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講演内容

• 画像処理を利用した変位・ひずみ測定方法• 適用例

• 橋梁のたわみ測定• 皮膚のひずみ測定• 材料特性の評価• 高温下でのひずみ測定• その他

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従来技術とその問題点

• ひずみゲージ法・・・点計測法• 光計測法・・・分布計測法

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画像相関法・光計測法の特徴

• 非接触での測定が可能• 簡単な装置・光学系で測定が可能• しま画像処理・位相接続などの処理が不要• 大きな視野，小さな視野（顕微鏡画像）での測定も可能

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画像相関法の概要（ローカルDIC）

変形前画像 変形後画像

サブセット変形前のサブセットの位置

変形後のサブセットの位置

変位

サブセット：例えば19×19~35×35画素

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有孔帯板の変位・ひずみ分布

ランダムパターン 変位分布

ux uy

画像：1030×1380画素8ビットサブセット：31×31画素1mm≈70pixels

上下端の変位差1.25画素

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有孔帯板の変位・ひずみ分布

ひずみ分布

ex ey gxy

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3次元形状

76mm

L画像 R画像

0

140 0

800

30

CFRPとアルミ合金の接合体

3次元座標

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橋梁のたわみ測定1 pixel ≈ 4.9 mm

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皮膚のひずみ測定3次元形状ステレオ画像

3D coordinateRandom

pattern by makeup airbrush

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材料試験：応力3軸度と破断ひずみ

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B BBBBB B

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BBB B BBBBBBB BBBBBBB BBBB B

BB BBBB BB BB BB BB BB BB BB BBB

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.1

0

-0.5

ステレオ画像（表・裏）

ひずみ分布

e1 e2 e3

応力3軸度の変化と破断ひずみ

12

材料試験：粘弾性材料特性

緩和弾性係数 E(t), クリープコンプライアンス D(t)

ポアソン比 n(t)

E(t) = Ee+ E

ie-t /ri

i=1

M

å , D(t) = De- D

ie-t /t j

j=1

N

å

n(t) = ng+ n

k(1- e-t /qk )

k=1

L

å

= ne- n

ke-t /qk

k=1

L

å

13

材料試験：粘弾性材料特性

緩和弾性係数 E(t), クリープコンプライアンス D(t)

ポアソン比 n(t)

E(t) = Ee+ E

ie-t /ri

i=1

M

å , D(t) = De- D

ie-t /t j

j=1

N

å n(t) = ng+ n

k(1- e-t /qk )

k=1

L

å

= ne- n

ke-t /qk

k=1

L

å

緩和せん断弾性係数G(t)・緩和体積弾性係数K(t)

G(t) = Ge+ G

me-t /hm

m=1

O

å

K(t) = Ke+ K

ne-t /zn

n=1

P

å

14

材料特性の同定（逆問題解析）

弾塑性材料特性

–0.012

0.014

0

0

0.069

ux uy

mm mm

変位分布 (P = 3600 N)

15

衝撃変形挙動の観察

Strain gage

Delayedpulsegenerator

FlashLight

Input bar Output bar

Specimen

Highspeedcamera

1200Stress wave

Valve Compressor

AMP

Air hose

Internal diameter of 40 mm

Honing pipe Striker

Trigger

PMMA resin

Polyurethane resin

-0.013

0.038界面を伝播するせん断ひずみ波の分布（2ms毎）

16

高温下での測定

急速加熱（およそ1000℃）を受けるCFRPの面外変位分布

17

破壊力学パラメータの評価

試料表面のランダムパターン 変位場

J積分評価結果J積分の経路独立性

18

想定される用途

• 材料試験• 計算結果（CAE）の検証• 材料特性の同定，境界条件の同定• 構造物の健全性評価

19

産学連携の経歴

• 日立造船株式会社• 株式会社カネボウ化粧品• 三菱電機株式会社• 株式会社IHIエアロスペース• 株式会社シーボン• 富士電機株式会社• 株式会社神戸製鋼所• 東洋ゴム工業株式会社• 他

20

お問い合わせ先

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URA 馬場 裕二

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