本日の説明内容本日の説明内容本日の説明内容本日の説明内容超音波ソフトウェア超音波ソフトウェア超音波ソフトウェア超音波ソフトウェア ComWAVE ComWAVE ComWAVE ComWAVE 概要紹介概要紹介概要紹介概要紹介車両用超音波センサ車両用超音波センサ車両用超音波センサ車両

(1)

自動車業界における超音波

シミュレーションの現状（２）

伊藤忠テクノソリューションズ株式会社伊藤忠テクノソリューションズ株式会社伊藤忠テクノソリューションズ株式会社伊藤忠テクノソリューションズ株式会社科学システムサポートチーム科学システムサポートチーム科学システムサポートチーム科学システムサポートチーム２０１５年２月１９日２０１５年２月１９日２０１５年２月１９日２０１５年２月１９日

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本日の説明内容

・超音波ソフトウェア

・超音波ソフトウェア ComWAVE

ComWAVE

ComWAVE概要紹介

概要紹介

・車両用超音波センサ

・各種パーツの超音波による検査計測

・自動車業界に

・自動車業界における

おける

おける超音波技術の利用

超音波技術の利用

1

・モデリング機能

・超音波とは・・・・・・

・

・超音波シミュレータの活用方法

超音波シミュレータの活用方法

・自動車業界に

(3)

伊藤忠テクノソリューションズ株式会社 2

超音波とは・・・・・・

(4)

超音波デバイス

超音波とは

超音波とは・・・

・・・

（固体、気体中を伝搬する可聴域より高周波の波）（固体、気体中を伝搬する可聴域より高周波の波）（固体、気体中を伝搬する可聴域より高周波の波）（固体、気体中を伝搬する可聴域より高周波の波）周波数：_1GHz _100kHz～_10MHz _100kHz～_10MHz 波長： ₁µm 1mm 10mm 周波数： 10～ 100kHz 20Hz～20kHz 10Hz～0.1Hz 波長： 50mm 100mm 10m 超音波領域超音波領域超音波領域超音波領域 1.4E+00 大腿骨大腿骨大腿骨大腿骨ヒト大腿部ヒト大腿部ヒト大腿部ヒト大腿部シミュレーションシミュレーションシミュレーションシミュレーション 3 超音波検査・計測超音波診断・治療可聴域地震波超音波接合・洗浄

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伊藤忠テクノソリューションズ株式会社

１．超音波発信

- 主に圧電材を含む素子の特性を反映：電気特性+機械特性 - 材料値、構造、サイズの最適化による広帯域化、不要モード除去、指向性改善、出力増大、、、

２．超音波伝搬

- 試験体の特性を反映：機械特性 - 対象の材質、形状、サイズ、傷による伝搬経路、励起モードへの影響、、、

３．超音波受信

- 素子の特性を反映：電気特性+機械特性発信受信伝搬 4 超音波の工学利用における３つのフェイズ超音波の工学利用における３つのフェイズ超音波の工学利用における３つのフェイズ超音波の工学利用における３つのフェイズ超音波利用超音波利用超音波利用超音波利用これらの課題解決のために超音波シミュレーションを援用することが、超音波現象解明の為の標準的な手法になりつつある超音波利用超音波利用超音波利用超音波利用

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自動車業界に

自動車業界における超音波技術の利用

おける超音波技術の利用

(7)

伊藤忠テクノソリューションズ株式会社ハイブリット車ハイブリット車ハイブリット車ハイブリット車電池電極接合電池電極接合電池電極接合電池電極接合自動車分野における超音波技術の利用自動車分野における超音波技術の利用自動車分野における超音波技術の利用自動車分野における超音波技術の利用前方前方前方前方監視センサ監視センサ監視センサ監視センサブレーキパッドのクラック、ブレーキパッドのクラック、ブレーキパッドのクラック、ブレーキパッドのクラック、剥離検査剥離検査剥離検査剥離検査各種溶接部探傷各種溶接部探傷各種溶接部探傷各種溶接部探傷ケーブル接合（ワイヤハーネス）、ケーブル接合（ワイヤハーネス）、ケーブル接合（ワイヤハーネス）、ケーブル接合（ワイヤハーネス）、電子機器接合電子機器接合電子機器接合電子機器接合アルミ鋳造品検査アルミ鋳造品検査アルミ鋳造品検査アルミ鋳造品検査エンジンブロック、クランクシャフト、その他鋳造物の鋳巣のエンジンブロック、クランクシャフト、その他鋳造物の鋳巣のエンジンブロック、クランクシャフト、その他鋳造物の鋳巣のエンジンブロック、クランクシャフト、その他鋳造物の鋳巣の検査やスポット溶接部の検査検査やスポット溶接部の検査検査やスポット溶接部の検査検査やスポット溶接部の検査各種部品の超音波各種部品の超音波各種部品の超音波各種部品の超音波洗浄・超音波検査洗浄・超音波検査洗浄・超音波検査洗浄・超音波検査塗装剥離検査塗装剥離検査塗装剥離検査塗装剥離検査開閉部安全センサー開閉部安全センサー開閉部安全センサー開閉部安全センサー後方後方後方後方監視センサ監視センサ監視センサ監視センサ車軸のき裂探傷車軸のき裂探傷車軸のき裂探傷車軸のき裂探傷車室内センサ車室内センサ車室内センサ車室内センサ 6

(8)

超音波ソフトウェア

超音波ソフトウェアComWAVE

ComWAVE

ComWAVE概要紹介

概要紹介

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超音波シミュレーションソフト超音波シミュレーションソフト超音波シミュレーションソフト

超音波シミュレーションソフトComWAVEComWAVEComWAVEComWAVETMTMTMTM

溶接部探傷解析 _{レールの探傷解析} （Bｽｺｰﾌﾟ表示）超音波洗浄装置ワイヤーボンダ装置超音波流量計 ComWAVEは、超音波の見える化により、製品、設備、各種構造物の超音波検査・計測の最適化、各種超音波装置の設計、超音波計測ノイズの評価など、様々な超音波現象を評価できます。３次元音場分布図 8

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縦波

横波

クリーピ

ング波

モード変換波

回折波

ガイド波

レイリー波

・超音波探傷で使用する全ての超音波モードを取り扱うことができます。有限要素法を採用し、超音波伝搬現象を忠実に再現。 9

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伊藤忠テクノソリューションズ株式会社 ComWAVE ComWAVE ComWAVE ComWAVETMTMTMTM 主な機能主な機能主な機能主な機能１．有限要素法を採用し、超音波伝搬現象を忠実に再現。２．異方性・不均質性材料を忠実にモデル化。３．数十億要素の大規模問題への対応によりフル３Ｄ超音波解析を実現。４．Ａスコープ、Ｂスコープ表示機能により、実験結果と容易に比較可能。５．拡張リスタート機能。６．プローブ遅延時間自動計算機能。７．レイリー減衰機能。８． FEM-外装法ハイブリッド解析機能９．超音波速度入力による異方性材料定義機能。 10．き裂等接触解析機能。 11．流れ場との連成解析機能。 12. ＪＩＳ試験片プローブテンプレート機能 13． ComWAVEの並列化効果とＧＰＧＰＵ対応。 14．入出力機能 10

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自動車業界における

自動車業界におけるComWAVE

ComWAVE

ComWAVEの活用

の活用

11

・車両用超音波センサ

(13)

伊藤忠テクノソリューションズ株式会社自動車業界におけるＣｏｍＷＡＶＥの活用自動車業界におけるＣｏｍＷＡＶＥの活用自動車業界におけるＣｏｍＷＡＶＥの活用自動車業界におけるＣｏｍＷＡＶＥの活用ケーブル接合（ワイヤハーネス）、ケーブル接合（ワイヤハーネス）、ケーブル接合（ワイヤハーネス）、ケーブル接合（ワイヤハーネス）、電子機器の電子機器の電子機器の電子機器の電極電極電極電極接合接合接合接合外挿元角度 30° メッシュレス領域各種部品の超音波各種部品の超音波各種部品の超音波各種部品の超音波洗浄洗浄洗浄洗浄塗装剥離検査塗装剥離検査塗装剥離検査塗装剥離検査流量計測流量計測流量計測流量計測エンジンブロック、クランクシャフト、車軸のき裂エンジンブロック、クランクシャフト、車軸のき裂エンジンブロック、クランクシャフト、車軸のき裂エンジンブロック、クランクシャフト、車軸のき裂探傷、探傷、探傷、探傷、その他その他その他その他鋳造物の鋳巣の検査やスポット溶接部の検査鋳造物の鋳巣の検査やスポット溶接部の検査鋳造物の鋳巣の検査やスポット溶接部の検査鋳造物の鋳巣の検査やスポット溶接部の検査 12 車室内センサ車室内センサ車室内センサ車室内センサ後方監視、開閉部後方監視、開閉部後方監視、開閉部後方監視、開閉部安全センサー安全センサー安全センサー安全センサー前方前方前方前方監視センサ監視センサ監視センサ監視センサ

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◆解析モデル・４０ｋＨｚパルス・要素サイズ：0.2[mm] ・解析対象領域V：60[mm]×60[mm]×63[mm] ・要素数：2,835万要素・計算時間：2e-4 [sec] ・時間ステップ刻み幅：4.70588e-007 [sec] ・ステップ数：T/⊿t ～ 424 ・必要メモリ：～２．０ＧＢ・計算時間：４コア版、約２,１９４秒センサ１：円形振動子：Φ10mm センサ２：方形振動子：5mm×10mm 超音波センサ解析事例超音波センサ解析事例超音波センサ解析事例超音波センサ解析事例３次元超音波センサ音場解析３次元超音波センサ音場解析３次元超音波センサ音場解析３次元超音波センサ音場解析センサ形状による音場の広がり方の違いを、音場分布の可視化により確認。 13

(15)

伊藤忠テクノソリューションズ株式会社円形振動子：Φ10mmおよび方形振動子：5mmx10mm 左図：振動子変形図右図：空中への超音波伝搬図円形振動子は、上下、左右どちらにも同じ拡がりを持って伝搬する。方形振動子は、上下方法より、左右に拡がりを持って伝搬する。センサ解析：空中超音波センサの音場解析センサ解析：空中超音波センサの音場解析センサ解析：空中超音波センサの音場解析センサ解析：空中超音波センサの音場解析 14 車両設置時の超音波伝搬解析バンパー等設置環境による影響を考慮要素数：3.5億要素、2000ステップ

(16)

素子振動解析と素子振動解析と素子振動解析と

素子振動解析とComWAVEComWAVEComWAVEの結合解析例ComWAVEの結合解析例の結合解析例（超音波センサー）の結合解析例（超音波センサー）（超音波センサー）（超音波センサー）

ComWAVEによる超音波伝搬解析による超音波伝搬解析による超音波伝搬解析による超音波伝搬解析素子素子素子素子振動振動振動振動解析または実験により取得解析または実験により取得解析または実験により取得解析または実験により取得 40kHzの電圧波形入力圧電体の変位振動波形を得る圧電体上に、得られた変位振動波形を入力超音波伝搬解析 1. 0 m 適切なセンサ形状、周波数、センサ適用エリア検討等に貢献適切なセンサ形状、周波数、センサ適用エリア検討等に貢献適切なセンサ形状、周波数、センサ適用エリア検討等に貢献適切なセンサ形状、周波数、センサ適用エリア検討等に貢献 15

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伊藤忠テクノソリューションズ株式会社ハイブリッド解析（ＦＥＭハイブリッド解析（ＦＥＭハイブリッド解析（ＦＥＭハイブリッド解析（ＦＥＭ－－－キルヒホッフ法）－キルヒホッフ法）キルヒホッフ法）キルヒホッフ法）機能機能機能機能 Step 使用メモリ計算時間 Step1 （FEM） 880 MB 8 分（４並列） Step2 （外挿） 160 MB 1分未満（１並列） Step 使用メモリ計算時間 Step1 （FEM） 47 GB 29 時間（８並列） Step2 （外挿）－－計算環境（CPU：Intel Xeon X5675＠3.07GHz）・計算規模・計算速度・計算精度すべての面で改善を見込める 310 200 200 _{縦波音速：343e3 [mm/s]} 密度：1.24e-9 [kg/mm3_] 観測点 300mm（約35λ） φ10mm 円形振動子 40 kHz ウェーブレット3波 λ = 8.6 mm 解析領域（要素サイズ 0.25mm 、約８億要素）観測点 Step StepStep

Step 1111：：：FEM：FEMFEMFEM計算（送信）計算（送信）計算（送信）計算（送信） FEM領域（80×80×40 mm）要素サイズ：0.25mm、要素数：1638万 Step Step Step Step 2222：外挿計算：外挿計算：外挿計算：外挿計算計算量：40000400004000040000点点点点×1111点点点点 Z X 単位：mm Ｙ 80 80 40 外挿元領域積分面：50×50mm、要素サイズ：0.25mm Source points：40000 40000 点40000 40000 点点点（＝50/0.25×50/0.25）フルFEMモデル FEM+外挿計算モデル伝搬距離が長くなるにつれて、フルFEMの波形は崩れていく伝搬距離50mm 伝搬距離300mm

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伊藤忠テクノソリューションズ株式会社超音波センサ解析事例超音波センサ解析事例超音波センサ解析事例超音波センサ解析事例３次元大空間３次元大空間３次元大空間３次元大空間超音波超音波超音波超音波センサの送信・伝搬・受信解析センサの送信・伝搬・受信解析センサの送信・伝搬・受信解析センサの送信・伝搬・受信解析縦波音速：340e3 [mm/s] 円形振動子（φ10mm)をアレー状に配置 40 kHz ウェーブレット3波 λ = 8.6 mm アレイ開口長 100mm 角度に応じて、遅延時間をそれぞれ入力解析モデル（３つの外挿元を指定）超音波アレイセンサ解析例参考文献：羽多野裕之，山里敬也，片山正昭, 自動車用近距離レーダネットワークの圧力コンター表示（水平面）密度：1.24e-9 [kg/mm3_] 外挿元角度 30° 320 mm メッシュレス領域センサ配置検討、見逃し防止等に貢献センサ配置検討、見逃し防止等に貢献センサ配置検討、見逃し防止等に貢献センサ配置検討、見逃し防止等に貢献 17

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伊藤忠テクノソリューションズ株式会社超音波センサ解析超音波センサ解析超音波センサ解析超音波センサ解析２次元車室内超音波伝搬解析２次元車室内超音波伝搬解析２次元車室内超音波伝搬解析２次元車室内超音波伝搬解析 ◆解析モデル・４０ｋＨｚ連続波・要素サイズ：1.0[mm] ・解析対象領域V：6000[mm]×2100[mm] ・要素数：1260万要素・計算時間：2e-2 [sec] ・時間ステップ刻み幅：2.35294e-006 [sec] ・ステップ数：T/⊿t ～ 8500 ・必要メモリ：～１．２ＧＢ・計算時間：４コア版、約１．６時間送信子傾き45度、周波数40kHz Φ10mm 受信子傾き- 45度 Φ10mm 2300mm 6000 mm 2 1 0 0 m m 反射板車室内に取り付けられた送信センサから照射された超音波の伝搬、反射板による反射について車室内の音場分布の可視化により確認し、受信センサでの信号強度の評価を行う。反射板と車体との間に隙間あり 18

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◆解析結果（Z1：空気の音響インピーダンス、Z2：反射板材料の音響インピーダンス） (b) Z1に比較して、Z2が５倍程度の場合（Z1:Z2=1:5）→ → 反射板の一部で吸収→ → 反射板の一部で吸収反射板の一部で吸収反射板の一部で吸収 (a) Z1に比較して、Z2がかなり大きい場合（Z1<<Z2）→ → → → 反射板で全反射反射板で全反射反射板で全反射反射板で全反射超音波センサ解析超音波センサ解析超音波センサ解析超音波センサ解析２次元車室内超音波伝搬解析２次元車室内超音波伝搬解析２次元車室内超音波伝搬解析２次元車室内超音波伝搬解析音響インピーダンス（材料の密度と音速の積で算出）を指定することで、材料の吸収率の考慮が可能。送信子受信子送信子受信子受信波形反射率=(Z2-Z1)/(Z1+Z2)=1.0 反射率=(Z2-Z1)/(Z1+Z2)=4/6=0.667 全反射の場合に比べて、振幅値が小さくなっているのを確認できる全反射全反射全反射全反射一部で吸収一部で吸収一部で吸収一部で吸収反射板反射板 19

(21)

伊藤忠テクノソリューションズ株式会社超音波センサ分野超音波センサ分野超音波センサ分野超音波センサ分野：：：：３次元車３次元車３次元車室内超音波伝搬解析３次元車室内超音波伝搬解析室内超音波伝搬解析室内超音波伝搬解析車室内の様々な反射源から車室内の様々な反射源から車室内の様々な反射源から車室内の様々な反射源からの反射、吸収を考慮した、超の反射、吸収を考慮した、超の反射、吸収を考慮した、超の反射、吸収を考慮した、超音波伝搬状況を把握可能音波伝搬状況を把握可能音波伝搬状況を把握可能音波伝搬状況を把握可能車室内車室内車室内車室内超音波センサ解析超音波センサ解析超音波センサ解析超音波センサ解析３次元音場分布図解析規模：解析規模：解析規模：解析規模：要素数：２．４億要素要素数：２．４億要素要素数：２．４億要素要素数：２．４億要素ステップ数：５，０００ステップ数：５，０００ステップ数：５，０００ステップ数：５，０００必要メモリ：６ＧＢ必要メモリ：６ＧＢ必要メモリ：６ＧＢ必要メモリ：６ＧＢ計算時間：約２５時間計算時間：約２５時間計算時間：約２５時間計算時間：約２５時間（１ＣＰＵコア（１ＣＰＵコア（１ＣＰＵコア（１ＣＰＵコア,,,,圧力波計算）圧力波計算）圧力波計算）圧力波計算）計算時間：約１．７時間計算時間：約１．７時間計算時間：約１．７時間計算時間：約１．７時間（（（（1111ＧＰＵＧＰＵＧＰＵＧＰＵ(K40),(K40),(K40),圧力波計算）(K40),圧力波計算）圧力波計算）圧力波計算） GPU GPUGPU

GPU計算は計算は計算は計算はCPUCPUCPUCPUと比較して約１５倍高速！と比較して約１５倍高速！と比較して約１５倍高速！と比較して約１５倍高速！

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自動車業界における

自動車業界におけるComWAVE

ComWAVE

ComWAVEの活用

の活用

21

・各種パーツの超音波による検査計測

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伊藤忠テクノソリューションズ株式会社前方前方前方前方監視センサ監視センサ監視センサ監視センサ外挿元角度 30° メッシュレス領域後方監視、開閉部後方監視、開閉部後方監視、開閉部後方監視、開閉部安全センサー安全センサー安全センサー安全センサー車室内センサ車室内センサ車室内センサ車室内センサ 22 各種パーツの超音波による検査計測各種パーツの超音波による検査計測各種パーツの超音波による検査計測各種パーツの超音波による検査計測エンジンブロック、クランクシャフト、車軸のき裂エンジンブロック、クランクシャフト、車軸のき裂エンジンブロック、クランクシャフト、車軸のき裂エンジンブロック、クランクシャフト、車軸のき裂探傷、探傷、探傷、探傷、その他その他その他その他鋳造物の鋳巣の検査やスポット溶接部の検査鋳造物の鋳巣の検査やスポット溶接部の検査鋳造物の鋳巣の検査やスポット溶接部の検査鋳造物の鋳巣の検査やスポット溶接部の検査ケーブル接合（ワイヤハーネス）、ケーブル接合（ワイヤハーネス）、ケーブル接合（ワイヤハーネス）、ケーブル接合（ワイヤハーネス）、電子機器の電子機器の電子機器の電子機器の電極電極電極電極接合接合接合接合各種部品の超音波各種部品の超音波各種部品の超音波各種部品の超音波洗浄洗浄洗浄洗浄流量計測流量計測流量計測流量計測塗装剥離検査塗装剥離検査塗装剥離検査塗装剥離検査

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ワイヤーボンディング解析例（超音波接合）ワイヤーボンディング解析例（超音波接合）ワイヤーボンディング解析例（超音波接合）ワイヤーボンディング解析例（超音波接合） 3mm 金線φ30μm 11.2mm 15.5mm ３次元モデル全要素数：約６億要素メッシュ幅：0.01mm 入力周波数：100kHz 先端部半透明表示 23

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伊藤忠テクノソリューションズ株式会社 3 33 3次元試計算結果次元試計算結果次元試計算結果（金線とチップとの接触がある場合次元試計算結果（金線とチップとの接触がある場合（金線とチップとの接触がある場合（金線とチップとの接触がある場合金線とチップの接触解析機能を使用）金線とチップの接触解析機能を使用）金線とチップの接触解析機能を使用）金線とチップの接触解析機能を使用）全要素数：208,435,744 ステップ数：18,473 (25μｓ）要素大きさ：10μm 計算時間：１０．５時間（４GPU）、７３．５時間（４CPUコア）下図は、14μsでの変形図（変位：３０倍に拡大、青～赤は0～30μm）超音波による配線接合、電池等の電極部接合の効率化で利用超音波による配線接合、電池等の電極部接合の効率化で利用超音波による配線接合、電池等の電極部接合の効率化で利用超音波による配線接合、電池等の電極部接合の効率化で利用 24

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•5,000万要素

•2,739 steps (30us)

•2GPUの並列計算で約13分 (CPU計算では約１０時間） •探傷周波数：2MHz（横波入射角度60度）

inspection with longitudinal wave inspection with share wave

突合せ継ぎ手溶接部探傷突合せ継ぎ手溶接部探傷突合せ継ぎ手溶接部探傷突合せ継ぎ手溶接部探傷シミュレーション例シミュレーション例シミュレーション例シミュレーション例鋳造物の鋳巣の検査やスポット溶接部の鋳造物の鋳巣の検査やスポット溶接部の鋳造物の鋳巣の検査やスポット溶接部の鋳造物の鋳巣の検査やスポット溶接部の検査、超音波プローブ適用範囲決定等に検査、超音波プローブ適用範囲決定等に検査、超音波プローブ適用範囲決定等に検査、超音波プローブ適用範囲決定等に利用利用利用利用

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伊藤忠テクノソリューションズ株式会社 TOFD TOFD TOFD TOFD法による超音波探傷解析法による超音波探傷解析法による超音波探傷解析法による超音波探傷解析鋳造物の鋳鋳造物の鋳鋳造物の鋳鋳造物の鋳巣検査や溶接部巣検査や溶接部巣検査や溶接部の検査巣検査や溶接部の検査の検査の検査および内部欠陥検出装置開発でおよび内部欠陥検出装置開発でおよび内部欠陥検出装置開発でおよび内部欠陥検出装置開発で利用利用利用利用送信（２MHｚ,横波４５度）受信差分（き裂ありーき裂なし）き裂上端き裂上端き裂上端き裂上端エコーエコーエコーエコーき裂下端き裂下端き裂下端き裂下端エコーエコーエコーエコーき裂上端き裂上端き裂上端き裂上端エコーエコーエコーエコーき裂下端き裂下端き裂下端き裂下端エコーエコーエコーエコー 26

(28)

フェーズドアレイによる欠陥の画像化解析フェーズドアレイによる欠陥の画像化解析フェーズドアレイによる欠陥の画像化解析フェーズドアレイによる欠陥の画像化解析画像化機能（開口合成表示機能）アレイ素子：32ch 2MHz ピッチ2.4mm 水水水水鋼材鋼材鋼材鋼材１素子ずつ送信、全素子受信を32ch繰り返す。鋼材全領域に焦点を当てた計算を実施し合成開口画像を作成。欠陥欠陥欠陥欠陥鋼材表面平面鋼材表面平面鋼材表面平面鋼材表面平面鋼材表面曲面鋼材表面曲面鋼材表面曲面鋼材表面曲面従来のＢスキャン画像： 5素子の電子操作、焦点位置は欠陥中央部合成開口表示：合成開口表示： 27 電子部品等の欠陥検出で利用。複雑形状部分や微小電子部品等の欠陥検出で利用。複雑形状部分や微小電子部品等の欠陥検出で利用。複雑形状部分や微小電子部品等の欠陥検出で利用。複雑形状部分や微小欠陥の検出に有利。欠陥の検出に有利。欠陥の検出に有利。欠陥の検出に有利。

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伊藤忠テクノソリューションズ株式会社板波伝搬解析モデル板波伝搬解析モデル板波伝搬解析モデル板波伝搬解析モデル((((３次元解析３次元解析３次元解析３次元解析)))) 18µSec 非対称モード 2７µSec 対称モード時刻歴変位波形： 15µSec 変位ベクトル図：変位ベクトル図アニメーション： φ60 3mm 入力中心周波数：1MHz ボディー周りの傷、塗装剥離検出検査効率化で利用。ボディー周りの傷、塗装剥離検出検査効率化で利用。ボディー周りの傷、塗装剥離検出検査効率化で利用。ボディー周りの傷、塗装剥離検出検査効率化で利用。航空機航空機航空機航空機関係では、複合材検査で利用。関係では、複合材検査で利用。関係では、複合材検査で利用。関係では、複合材検査で利用。 28

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車軸の超音波探傷シミュレーション例車軸の超音波探傷シミュレーション例車軸の超音波探傷シミュレーション例車軸の超音波探傷シミュレーション例

鉄道車両の車軸を模擬した小型輪軸での探傷のシミュレーション例（鉄道総研様ご発表論文※1）

車輪と車軸の接合部に生じたき裂を探傷。車輪を外した検査と外さない検査での探傷波形の違いを確認。

※1：Makino etc. “Modeling and Simulation of Ultrasonic Testing on Miniature Wheelset.” International Congress on Ultrasonics. AIP Conf Proc. 1433,475-478(2012).

解析モデル（３次元モデル）解析結果（上図：超音波伝搬図、下図：探傷波形）解析結果では、車輪を外さない場合は、外した場合に比べてエコー高さが10.6dB低下した。実験では13.1dBであり、よい一致を示している。なお実験との違いは、解析では車輪装着時にき裂周辺の面圧や摩擦力の分布を考慮していないためと考えられる。縦波横波車軸-車輪間で反射した横波車輪に透過する横波車輪のコーナで反射した横波き裂で反射した横波 10.7μs 10.7μs 10.7μs 10.7μs 31.0μs31.0μs31.0μs31.0μs 48.2μs48.2μs48.2μs48.2μs 約10.7億要素実験を行うことが困難な条件をシミュレーションで代用、適切な検査方法を実験を行うことが困難な条件をシミュレーションで代用、適切な検査方法を実験を行うことが困難な条件をシミュレーションで代用、適切な検査方法を実験を行うことが困難な条件をシミュレーションで代用、適切な検査方法を素早く検討することが可能素早く検討することが可能素早く検討することが可能素早く検討することが可能 29

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伊藤忠テクノソリューションズ株式会社要素サイズ:0.5mm 全要素数：6,060,000 ステップ数：4,275 (300μs) 計算時間：3.5時間 Pentium D 2.8GHz ×1 使用メモリ：約420MB OS: Linux モデルモデルモデルモデル1 : ガラスを振動子に平行に設置ガラスを振動子に平行に設置ガラスを振動子に平行に設置ガラスを振動子に平行に設置モデル２モデル２モデル２モデル２ : ガラスを傾けて設置ガラスを傾けて設置ガラスを傾けて設置ガラスを傾けて設置超音波洗浄機中の超音波伝搬超音波洗浄機中の超音波伝搬超音波洗浄機中の超音波伝搬超音波洗浄機中の超音波伝搬解析解析解析解析水中の水中の水中の水中の圧力波伝搬圧力波伝搬圧力波伝搬圧力波伝搬超音波により各種部品の洗浄効率化での利用超音波により各種部品の洗浄効率化での利用超音波により各種部品の洗浄効率化での利用超音波により各種部品の洗浄効率化での利用 30

(32)

水の流れを考慮した超音波流量計の解析例（３次元解析水の流れを考慮した超音波流量計の解析例（３次元解析水の流れを考慮した超音波流量計の解析例（３次元解析水の流れを考慮した超音波流量計の解析例（３次元解析））））((((１１１１////２２２２)))) 解析モデル解析モデル解析モデル解析モデル流れ場速度分布図（流れ場速度分布図（流れ場速度分布図（流れ場速度分布図（yyyy----zzzz面面面面)))) 流れ場速度分布図（流れ場速度分布図（流れ場速度分布図（流れ場速度分布図（xxxx----zzzz面面面))))面流れ速度流れ速度流れ速度流れ速度(km/h)(km/h)(km/h)(km/h) 720 720720 720 0 0 0 0 720 720720 720 0 0 0 0 流れ速度流れ速度流れ速度流れ速度(km/h)(km/h)(km/h)(km/h) 配管内の流れ計測効率化での利用配管内の流れ計測効率化での利用配管内の流れ計測効率化での利用配管内の流れ計測効率化での利用水の流れ水の流れ水の流れ水の流れ送信子：送信子：送信子：送信子：100kHz100kHz100kHz100kHz 振動子：振動子：振動子：振動子：φφφφ ==== ８ｍｍ８ｍｍ８ｍｍ８ｍｍ管：内径管：内径管：内径管：内径 = = = = ５０ｍｍ５０ｍｍ５０ｍｍ５０ｍｍ外径外径外径外径 = = = = ５６ｍｍ５６ｍｍ５６ｍｍ５６ｍｍ ((((板厚板厚板厚板厚 = = = = ３ｍｍ）３ｍｍ）３ｍｍ）３ｍｍ）水水水水受信子：受信子：受信子：受信子：振動子：振動子：振動子：振動子：φφφφ ==== ８ｍｍ８ｍｍ８ｍｍ８ｍｍ 31

(33)

伊藤忠テクノソリューションズ株式会社 Flow3ddistribution の実行結果水の流れを考慮した超音波流量計の解析例（３次元解析水の流れを考慮した超音波流量計の解析例（３次元解析水の流れを考慮した超音波流量計の解析例（３次元解析水の流れを考慮した超音波流量計の解析例（３次元解析））））((((２２２２////２２２２)))) 32

(34)

• 空中（水中）超音波

– 特長

• 対象物に非接触で超音波を送受信できる。

• 減衰により空中は、水中より遠くまで伝わらない。

（空気中では100ｍ程度、水中では10km程度伝搬。）

• 空気を介した非破壊検査のエコーは微弱なため、大

出力、高感度なセンサ開発が必須。

– 例

• コウモリ、イルカのエコーロケーション

• 自動車等の超音波式バックセンサー

• 非破壊検査：接触媒質を使えない検査に適している。

• 超音波診断装置（医療）等

空中（水中）超音波解析空中（水中）超音波解析空中（水中）超音波解析空中（水中）超音波解析 33

(35)

伊藤忠テクノソリューションズ株式会社空中（水中）伝搬空中（水中）伝搬空中（水中）伝搬空中（水中）伝搬---反射解析-反射解析反射解析反射解析手順手順手順手順往路伝搬経路反射体送信センサ受信センサ FEM 計算領域 FEM 計算領域 FEM 計算領域解析手順解析手順解析手順解析手順 step1 : step1 : step1 : step1 : 送信計算送信計算送信計算送信計算（有限要素法）（有限要素法）（有限要素法）（有限要素法） step2 : step2 : step2 : step2 : 往路伝搬往路伝搬往路伝搬往路伝搬計算計算計算（計算（（外挿法）（外挿法）外挿法）外挿法） step3 : step3 : step3 : step3 : 反射計算反射計算反射計算反射計算（有限要素法）（有限要素法）（有限要素法）（有限要素法） step4 : step4 : step4 : step4 : 復路伝搬復路伝搬復路伝搬復路伝搬計算計算計算（計算（（外挿法）（外挿法）外挿法）外挿法） step5 : step5 : step5 : step5 : 受信計算受信計算受信計算受信計算（（有限要素法）（（有限要素法）有限要素法）有限要素法）一様媒質音場引継ぎ領域：領域内の全要素に、ある指定時刻の音場（スナップショット）または境界波形を引き渡す全領域全領域全領域

全領域FEMFEMFEMFEM計算では不可能な大規模空間計算では不可能な大規模空間計算では不可能な大規模空間計算では不可能な大規模空間の解析を可能にする手法の解析を可能にする手法の解析を可能にする手法の解析を可能にする手法・計算規模・計算速度・計算精度すべての面で改善を見込める

(36)

Step 計算タイプ計算量使用メモリ計算時間ステップ数 ×要素数 Source points ×Target points Step1 FEM計算 107×1562万－ 0.8 GB ２分（４並列） Step2 外挿計算（リスタートファイル出力）－ 6400×641万 1.4 GB 30分（４並列） Step3 FEM計算 1228×2.16億－ 6.8 GB 3.2時間（４並列）計算環境（CPU：Intel Xeon X5675＠3.07GHz）Ｓｔｅｐ１（FEM） 100 x 100 x 100 mm Ｓｔｅｐ３（FEM） 240 x 240 x 100 mm 40kHz ウェーブレット３波 1m （（（（117λ117λ117λ）117λ）））Ｓｔｅｐ２（外挿） 100 x 100 x 10 mm ボイド、空気の泡、水など観測面積分面リスタート領域 λ = 8.6 mm 参考URL：http://www.jma.or.jp/ouen/reading/jpprobe_20110829.html 貼り合わせたアクリル板検査体モデルアクリル板水空気の泡 _ボイド縦波音速 1480 m/s 密度 1.0e-6 kg/mm3 縦波音速 343 m/s 密度 1.24e-9 kg/mm3 縦波音速 2700 m/s 密度 1.2e-6 kg/mm3 横波音速 1400 m/s 非接触空中超音波による探傷解析例非接触空中超音波による探傷解析例非接触空中超音波による探傷解析例非接触空中超音波による探傷解析例 35

(37)

伊藤忠テクノソリューションズ株式会社 ₃₆ 圧力コンター図（上段：平面図、下段：側面図）アクリル板水空気の泡ボイド平面図：アクリル板の下半分の中央断面側面図：アクリル板の中央断面観測面空気の泡、ボイドの箇所の圧力が大きく空気の泡、ボイドの箇所の圧力が大きく空気の泡、ボイドの箇所の圧力が大きく空気の泡、ボイドの箇所の圧力が大きくなっている（赤くなっている）のが分かる。なっている（赤くなっている）のが分かる。なっている（赤くなっている）のが分かる。なっている（赤くなっている）のが分かる。非接触空中超音波による探傷解析例非接触空中超音波による探傷解析例非接触空中超音波による探傷解析例非接触空中超音波による探傷解析例電池など水を使えない材料の検査に有利。様々な材料を超音波が電池など水を使えない材料の検査に有利。様々な材料を超音波が電池など水を使えない材料の検査に有利。様々な材料を超音波が電池など水を使えない材料の検査に有利。様々な材料を超音波が透過透過透過する際の透過する際のする際のする際の特性（反射・透過率、水や空気による屈折・回折効果等）の評価に貢献特性（反射・透過率、水や空気による屈折・回折効果等）の評価に貢献特性（反射・透過率、水や空気による屈折・回折効果等）の評価に貢献特性（反射・透過率、水や空気による屈折・回折効果等）の評価に貢献

(38)

モデリング機能

(39)

伊藤忠テクノソリューションズ株式会社基本形状組み合わせによるモデル化基本形状組み合わせによるモデル化基本形状組み合わせによるモデル化基本形状組み合わせによるモデル化立方体立方体立方体立方体円柱円柱円柱円柱だ円体だ円体だ円体だ円体四角錐四角錐四角錐四角錐回転回転回転回転だだだだ円体円体円体円体トーラストーラストーラストーラス平面平面平面平面球形球形球形球形組合せモデル組合せモデル組合せモデル

組合せモデル FEMFEMFEMFEMメッシュ生成メッシュ生成メッシュ生成メッシュ生成

(40)

[対応フォーマット] IGESファイル,DXFファイル, Parasolid,ACISファイル,VDAファイル, Rhinoファイル,Shapeファイル NASTRANメッシュ,STLメッシュ, VRMLメッシュ,3D Studio , GIDメッシュ・ＣＡＤデータからのモデル取込・ＣＡＤデータからのモデル取込・ＣＡＤデータからのモデル取込・ＣＡＤデータからのモデル取込汎用プリプロセッサ汎用プリプロセッサ汎用プリプロセッサ

汎用プリプロセッサGiDGiDGiDGiDによるモデル化によるモデル化によるモデル化によるモデル化

・任意形状モデリング・任意形状モデリング・任意形状モデリング・任意形状モデリング

(41)

伊藤忠テクノソリューションズ株式会社本テンプレートの特長・JIS Z 3060に準拠した検査体および溶接部モデルテンプレートを実装・各種探触子と検査体等の組み合わせも自由自在な自動モデル結合機能ＪＩＳＪＩＳＪＩＳＪＩＳ試験片テンプレート機能試験片テンプレート機能試験片テンプレート機能試験片テンプレート機能 40

(42)

写真取り込みによるモデル化写真取り込みによるモデル化写真取り込みによるモデル化写真取り込みによるモデル化減肉設定用の写真き裂設定用の写真突合せ溶接部テンプレートによるモデル化テンプレートへの写真の適用メッシュ生成（減肉、き裂をモデル化）き裂等の複雑形状を詳細にモデル化が可能。き裂等の複雑形状を詳細にモデル化が可能。き裂等の複雑形状を詳細にモデル化が可能。き裂等の複雑形状を詳細にモデル化が可能。 41

(43)

※1：フリー写真素材サイト「somephoto」から引用 http://somephoto.net/

材料ID：１材料ID：２材料ID：３

材料ID：４材料ID：５材料ID：６コンクリート材料写真(※1) ８諧調でモデル化６種類の材料骨材あり骨材なし写真取り込みによるモデル化機能写真取り込みによるモデル化機能写真取り込みによるモデル化機能写真取り込みによるモデル化機能道路面を忠実に再現。路面での反射状況解析に利用。道路面を忠実に再現。路面での反射状況解析に利用。道路面を忠実に再現。路面での反射状況解析に利用。道路面を忠実に再現。路面での反射状況解析に利用。 42

(44)

モデルモデルモデルモデル作成・表示機能作成・表示機能作成・表示機能作成・表示機能 Python機能 Pythonで開発された他のコードも使用可能複数プロジェクト同時表示ツリー構造表示ツリー構造で各プロジェクトを表示でき、操作性が向上 43

(45)

伊藤忠テクノソリューションズ株式会社モデルモデルモデルモデル作成・表示機能作成・表示機能作成・表示機能作成・表示機能・・・・BBBBスコープ可視化画面スコープ可視化画面スコープ可視化画面スコープ可視化画面 44

(46)

超音波シミュレータの活用方法

(47)

伊藤忠テクノソリューションズ株式会社超音波シミュレータの活用方法超音波シミュレータの活用方法超音波シミュレータの活用方法超音波シミュレータの活用方法

ComWAVE

データベースデータベースデータベースデータベース超音波センサ設計時超音波センサ設計時超音波センサ設計時超音波センサ設計時目的にあった、センサ形状・周波数・材質等を試験体を作らず、様々なパラメータについてシミュレーションで検討可能。これによりこれによりこれによりこれにより、、、、設計工数の削減設計工数の削減設計工数の削減設計工数の削減、、、高、高高高度な最適設計度な最適設計度な最適設計度な最適設計、、、、センサセンサセンサセンサ適用範囲適用範囲適用範囲適用範囲拡拡拡拡大を実現大を実現大を実現大を実現。。。。センサ運用時センサ運用時センサ運用時センサ運用時センサ利用時の様々な状況（センサ音場やエコー）を事前にシミュレーションしデータベース化。センサ運用時にシミュレーションデータベースと比較・分析実施。これによりこれによりこれによりこれにより、誤検知の低減、高精、誤検知の低減、高精、誤検知の低減、高精、誤検知の低減、高精度な検知、高信頼性を実現。度な検知、高信頼性を実現。度な検知、高信頼性を実現。度な検知、高信頼性を実現。センサセンサセンサセンサ技術者の育成時技術者の育成時技術者の育成時技術者の育成時超音波を取り扱うにあたり、注意すべき点や回折、干渉等の理解が難しい事例をシミュレーションによりデータベース化し育成時利用。これによりれによりれによりれにより、、、、効率的な技術者育成効率的な技術者育成効率的な技術者育成効率的な技術者育成、、、、超音波特性の深い理解超音波特性の深い理解超音波特性の深い理解超音波特性の深い理解、、、、シミュシミュシミュシミュレーションと実験を比較レーションと実験を比較レーションと実験を比較レーションと実験を比較ししし、し、、、実験技実験技実験技実験技術向上を実現術向上を実現術向上を実現術向上を実現。。。。２つのセンサによる超音波の２つのセンサによる超音波の２つのセンサによる超音波の２つのセンサによる超音波の干渉現象の可視化干渉現象の可視化干渉現象の可視化干渉現象の可視化ネットワークネットワークネットワークネットワーク超音波アレイソナー解析によるセンサ音場解析超音波アレイソナー解析によるセンサ音場解析超音波アレイソナー解析によるセンサ音場解析超音波アレイソナー解析によるセンサ音場解析円形円形円形円形、、、方形センサの違いによる、方形センサの違いによる方形センサの違いによる方形センサの違いによる、、、、振動および超音波音場の変化振動および超音波音場の変化振動および超音波音場の変化振動および超音波音場の変化 46

(48)

「非破壊評価総合展」に出展

メンテナンス・レジリエンスＴＯＫＹＯ

メンテナンス・レジリエンスＴＯＫＹＯ２０１５

２０１５

（旧：ものづくりＮＥＸＴ

（旧：ものづくりＮＥＸＴ↑

↑

↑）

）

お知らせ

47

来場の際には弊社ブースへお立寄りください。

・公式ホームページ：

http://www.jma.or.jp/mente/outline/nde.html

・日時：

₂₀₁₅

年

₇

月

₂₂

日

日（水）～

日

（水）～

₂₀₁₅

年

₇

月

₂₄

日

日（金）

日

（金）

・開催場所：東京ビッグサイト

(49)

伊藤忠テクノソリューションズ株式会社科学システム事業部ＣＡＥソリューション営業部本社住所東京都千代田区霞が関３－２－５霞が関ビル東京 TEL:03-6203-7344／FAX:03-3539-5173 大阪 TEL:06-6439-8280／FAX:06-6347-7608 URL: http://www.eng-eye.com/ http://www.ctc-g.co.jp/

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