本研究では，超音波探傷試験による欠陥性状を定量的に精度よく推定を行う手法の開発 を目的として，まず，動的陽解法を用いた時刻歴応答有限要素法により超音波伝播挙動解 析プログラム「UT-WAVE2」を開発し，超音波探傷計測結果と比較して解析精度の検証を 行うとともに，振動子サイズ，探傷周波数，および欠陥位置や寸法が異なる場合のシミュ レーションを行ない，欠陥検出限界や欠陥寸法の推定精度について検討した。次に，熟練 者や専門家の経験を必要としない定量的な欠陥同定を高精度に，簡便かつ迅速に行う手法 として，シミュレーション結果を教師データとしたニューラルネットワークを構築し，超 音波の伝播波形情報をもとに欠陥性状の同定が可能であるかについて検討した。さらに，
探傷面の塗膜が超音波エコー高さに及ぼす影響を調べるために，塗膜厚さが異なる塗膜付 き試験体を製作し，エコー高さを計測するとともに，数値シミュレーションを実施して塗 膜厚さが超音波エコー高さに及ぼす影響を明らかにした。
第1章の緒言に続き，第2章においては，超音波探傷試験の基礎についてまとめた。す なわち，2.2節では，超音波探傷試験の方法を概説し，2.3節では超音波の性質，2.4節で は超音波の反射，透過，屈折，2.5節では振動子の音場特性について概説した。
第 3 章では， 動的陽解法を用いた時刻歴応答有限要素法による超音波伝播挙動解析プ ログラム「UT-WAVE2」を開発し，垂直探触子を用いた超音波探傷計測結果と比較して解 析精度の検証を行った。さらに，点音源重ね合わせ法（Superposing method；SPM）に よる数値シミュレーションの手法について説明し，シミュレーション結果と斜角探傷試験 結果との比較を行った精度検証結果を示した。得られた結果をまとめると以下の通りであ る。
(1) UT-WAVE2について
1）超音波の伝播挙動を計算する際の要素サイズは超音波の波長の1/24以下の要素サ
イズで計算すれば欠陥からの反射波を精度よくシミュレーションできることがわか った。
2）数値シミュレーションの解析精度を検証するために，試験体を用いて垂直探傷試 験を実施した。その結果，計算結果は反射波の到達時間，反射波形，エコー高さとも に実験結果を比較的良くシミュレーションできていることを確認できた。
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3）超音波の縦波の伝播挙動は試験体中の圧力分布を計算することにより可視化する ことができる。また，横波の伝播挙動は変位の回転を計算し出力することで可視化す ることができる。超音波の可視化により，構造物中の超音波の伝播を視覚的に把握し，
探触子位置，探触子周波数や屈折角等の探傷条件を効率的に検討することが可能であ る。
以上のことより，開発した超音波伝播シミュレーションプログラム「UT_WAVE2」は超音 波探傷試験における欠陥性状の同定に関する定量的な情報を得るための探傷法の検討など に適用でき，探傷技術の高度化，高精度化を図るための有力なツールとして利用できる。
(2) SPMについて
1）斜角探傷試験の計測結果とSPM法を用いたシミュレーション結果はよく一致する 結果が得られた。
2）欠陥端部で生じる端部エコーをSPM法を用いてシミュレーション可能である。
3）SPM法を用いた超音波伝播挙動の計算はFEM計算に比べて約1/1000の時間でシ ミュレーションすることができ，大幅に計算時間の短縮が図れる。
以上より，SPM法による数値シミュレーションを用いることで，予想される欠陥を想定し，
探触子の周波数や屈折角等の探傷条件を変更したり，対象とする欠陥の性状をパラメータ とするシリーズ計算を短時間で実施することが可能である。
第4章では，スリット状の欠陥に対して垂直探傷試験および斜角探傷試験を実施する場 合を想定して，振動子サイズ，探触子周波数，および欠陥位置や寸法が異なる場合のシミ ュレーションを実施し，欠陥からの反射波の大きさがどのように変化するかを調べた。さ らに，デシベルドロップ法および端部エコー法による欠陥寸法の推定精度について検討し，
以下の結果を得た。
(1) 垂直探傷試験における欠陥からの反射波の変化について
1）欠陥長さが振動子幅より大きい場合，欠陥からのエコーは探触子が欠陥中心直上 にあるとき最大となり，この探触子位置が欠陥位置と判断することができる。しかし，
欠陥長さが振動子幅より小さい場合，欠陥端部からのエコーの影響が相対的に大きく なり，欠陥中心位置でない探触子位置でエコー高さが最大となることがわかった。
2）振動子幅が小さいほど，また，探触子周波数が高いほど超音波の指向性が鋭くな ることが確認できた。
(2) デシベルドロップ法を用いた垂直探傷試験における欠陥寸法の想定精度について
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1）欠陥長さが振動子幅より大きい場合，欠陥深さによらず探触子移動距離（反射波 のピークから6dB低下する左右2ヶ所の位置の間の距離）と実欠陥長さは一致する。
欠陥長さが振動子幅より小さい場合は欠陥実寸法が過大に評価される。
2）周波数が高いほど小さな欠陥の寸法を精度よく推定できる。
3）振動子幅が小さい方がより小さな欠陥まで欠陥長さを正確に評価できる。6dBド
ロップ法では欠陥長さが振動子幅より小さいくなると欠陥実寸法が過大に評価され るが，10dBドロップ法を適用した場合，より小さな欠陥まで正確に欠陥長さを評価 できる
(3) 斜角探傷試験の場合の欠陥寸法推定精度について
欠陥面に対して垂直に近い角度で超音波が入射する場合，つまり入射角が0度に近い場 合は，欠陥面からのエコーが検出され，欠陥中心付近をピークとする走査グラフが得られ る。このような場合には，デシベルドロップ法を適用して欠陥寸法の推定を行なうことが できる。また，欠陥面に対して斜めに超音波が入射する場合，つまり欠陥面に大きな入射 角を持って入射する場合には，欠陥面からのエコーは低く，欠陥上端および下端からの端 部エコーによるピークが二つ存在する走査グラフが得られる。このような場合には端部エ コー法を適用して欠陥寸法を推定することができる。
1）6dBドロップ法を適用した欠陥長さ推定では，欠陥長さが振動子幅以上の範囲で
は十分な精度で欠陥長さを推定できるが，振動子幅より小さな欠陥長さ範囲では欠陥 長さを過大に評価することがわかった。
2）端部エコー法を適用した欠陥長さ推定では，欠陥長さが振動子幅以上の範囲では 十分な精度で欠陥長さを推定できるが，振動子幅より小さな欠陥長さ範囲では欠陥長 さを過大に評価することがわかった。
第5章では，熟練者や専門家の経験を必要としない定量的な欠陥同定を高精度に，簡便 かつ迅速に行う手法の開発を目的として，シミュレーション結果を教師データとしたニュ ーラルネットワークを構築し，従来の欠陥推定手法では過大に評価される振動子幅より小 さい欠陥を対象として，欠陥エコーの情報から精度よく欠陥性状の同定を行なう方法につ いて検討した。得られた結果をまとめると以下の通りである。
(1) 探触子受信時刻歴波形そのものを入力するのではなく，反射波のピーク値および その伝播時間を抽出して入力とすることで，小規模なニューラルネットワークを構成 し，欠陥性状を同定することが可能である。
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(2) 欠陥形状同定，欠陥深さ同定，欠陥の大きさ同定，欠陥角度同定用のニューラル ネットワークを構築し，それぞれを順次適用していくことで欠陥形状，大きさ，位置，
傾きを精度よく推定できることがわかった。
(3) 従来の欠陥長さ推定法であるデシベルドロップ法や端部エコー法では過大評価さ れる振動子幅より小さな欠陥において，欠陥長さの推定精度は格段に向上する。
(4) 数値シミュレーション結果を教師データとして構築したニューラルネットワークに 探傷試験データを入力して欠陥性状を同定する本手法の推定精度，実用性を検証するこ とができた。
第6章では，塗膜上から超音波探傷試験を実施する場合，塗膜の影響によりエコー高さ が変化するが，塗膜付き試験体を作製し，塗膜厚さ，探触子種類を変えて，エコー高さの 計測を行なうとともに数値シミュレーションを実施して，塗膜厚さが超音波エコー高さに 及ぼす影響について調べた。得られた結果をまとめると以下の通りである。
(1) 数値計算結果と計測結果は良く一致した結果が得られ，数値計算は塗膜がある場 合においても良い精度でシミュレーションできていることが確認できた。
(2) エコー高さに及ぼす塗膜の物性値は，音速だけの同定では不十分であり，密度あ るいはヤング率を正確に同定する必要があることがわかった。
(3) 垂直探傷の場合，塗膜と試験体材料との界面で生じる超音波の多重反射による干渉 でエコー高さが変化する。その変化は塗膜厚さとは線形関係とならず，塗膜厚さと超音 波の波長の比によりエコー高さが変化することがわかった。
(4) 斜角探傷の場合，エコー高さの変化は塗膜内の超音波の反射による干渉と，超音波 が塗膜に入射し屈折通過，反射する際に生じるモード変換によって発生した波の伝播時 間の差による超音波の干渉の両方が原因であることを明らかにした。
(5) 垂直探傷の場合は，塗膜内で超音波の反射波が干渉する影響を減じるために，非 干渉板を塗膜と探触子の間に設置することで，塗膜影響をキャンセルできる可能性が あることを示した。
第7章では，本論文における研究結果をまとめて総括とした。