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特許7486745硬化体解析方法、硬化体解析システム、硬化体解析装置、及び硬化体解析プログラム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-05-10
(45)【発行日】2024-05-20
(54)【発明の名称】硬化体解析方法、硬化体解析システム、硬化体解析装置、及び硬化体解析プログラム
(51)【国際特許分類】
G01N 3/00 20060101AFI20240513BHJP
G01N 19/00 20060101ALI20240513BHJP
【ＦＩ】
G01N3/00 M
G01N19/00 B
G01N19/00 E
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2020175172
(22)【出願日】2020-10-19
(65)【公開番号】P2022066685
(43)【公開日】2022-05-02
【審査請求日】2023-10-11
(73)【特許権者】
【識別番号】000002299
【氏名又は名称】清水建設株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】504173471
【氏名又は名称】国立大学法人北海道大学
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100161506
【弁理士】
【氏名又は名称】川渕 健一
(74)【代理人】
【識別番号】100161207
【弁理士】
【氏名又は名称】西澤 和純
(72)【発明者】
【氏名】竹本 喜昭
(72)【発明者】
【氏名】齊藤 亮介
(72)【発明者】
【氏名】梶原 逸朗
【審査官】遠藤 直恵
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１１／１５８５０３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００１－０２１３３６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－２１５２６８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｎ ３／００－３／６２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
セメントが用いられた硬化体に一部が挿し込まれた部材に対してレーザーパルス光を照射するレーザー照射工程と、前記レーザーパルス光の照射によって前記部材がインパルス加振された際の前記部材における振動の周波数応答を取得する周波数応答取得工程と、
解析部が、前記周波数応答に基づき、前記硬化体の硬化状態を示す情報を取得する解析工程と、
を含む、硬化体解析方法。
【請求項2】
前記解析部は、前記周波数応答が示す一次共振周波数に基づき、前記硬化体の弾性係数を前記情報として算出する、請求項１に記載の硬化体解析方法。
【請求項3】
前記解析部は、前記一次共振周波数に基づくＦＥＭ（Finite Element Method）解析によって、前記硬化体の弾性係数を算出する、請求項２に記載の硬化体解析方法。
【請求項4】
セメントが用いられた硬化体に一部が挿し込まれた部材に対してレーザーパルス光を照射するパルスレーザーと、前記レーザーパルス光の照射によって前記部材がインパルス加振された際の前記部材における振動の周波数応答を取得する振動測定計と、
前記振動測定計によって取得される前記周波数応答に基づき、前記硬化体の硬化状態を示す情報を取得する解析部と、
を備える、硬化体解析システム。
【請求項5】
セメントが用いられた硬化体に対して一部が挿し込まれた部材がレーザーパルス光の照射によってインパルス加振された際の前記部材における振動の周波数応答に基づき、前記硬化体の硬化状態を示す情報を取得する解析部、を備える、硬化体解析装置。
【請求項6】
コンピュータを、セメントが用いられた硬化体に対して一部が挿し込まれた部材がレーザーパルス光の照射によってインパルス加振された際の前記部材における振動の周波数応答に基づき、前記硬化体の硬化状態を示す情報を取得する解析部、
として機能させる、硬化体解析プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、硬化体解析方法、硬化体解析システム、硬化体解析装置、及び硬化体解析プログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、コンクリートやモルタル等の硬化体の施工では、硬化体の硬化状態に応じた作業が適宜行われる。そのため、作業を行う際、一般的には貫入試験により硬化体の硬化状態を測定している。
【0003】
例えば、下記特許文献１には、貫入試験において硬化体の貫入抵抗値を測定するための試験機に関する技術が開示されている。試験者は、当該試験機のハンドルを把持し、打設された硬化体の表面に貫入針を垂直に当て付け、ハンドルを鉛直下方に押し下げることで貫入針を硬化体内部に所定の距離だけ貫入させる。これにより貫入針が貫入の際に受ける荷重に基づき、貫入抵抗値が算出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１４－１０２２０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献１の技術では、試験者が硬化体の施工領域外から硬化体に貫入針を貫入することができない位置（例えば施工領域の中心付近）に試験位置がある場合、試験者は当該試験位置に貫入針を貫入するために施工領域内に踏み込む必要がある。この場合、試験者が施工領域内に踏み込むことによって既に均し終えた硬化体表面を乱してしまう恐れがある。
【0006】
上述の課題を鑑み、本発明の目的は、硬化体表面を乱すことなく硬化体の硬化状態を把握可能な情報を取得することが可能な硬化体解析方法、硬化体解析システム、硬化体解析装置、及び硬化体解析プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上述の課題を解決するために、本発明の一態様に係る硬化体解析方法は、セメントが用いられた硬化体に一部が挿し込まれた部材に対してレーザーパルス光を照射するレーザー照射工程と、前記レーザーパルス光の照射によって前記部材がインパルス加振された際の前記部材における振動の周波数応答を取得する周波数応答取得工程と、解析部が、前記周波数応答に基づき、前記硬化体の硬化状態を示す情報を取得する解析工程と、を含む。
【0008】
本発明の一態様に係る硬化体解析システムは、セメントが用いられた硬化体に一部が挿し込まれた部材に対してレーザーパルス光を照射するパルスレーザーと、前記レーザーパルス光の照射によって前記部材がインパルス加振された際の前記部材における振動の周波数応答を取得する振動測定計と、前記振動測定計によって取得される前記周波数応答に基づき、前記硬化体の硬化状態を示す情報を取得する解析部と、を備える。
【0009】
本発明の一態様に係る硬化体解析装置は、セメントが用いられた硬化体に対して一部が挿し込まれた部材がレーザーパルス光の照射によってインパルス加振された際の前記部材における振動の周波数応答に基づき、前記硬化体の硬化状態を示す情報を取得する解析部、を備える。
【0010】
本発明の一態様に係る硬化体解析プログラムは、コンピュータを、セメントが用いられた硬化体に対して一部が挿し込まれた部材がレーザーパルス光の照射によってインパルス加振された際の前記部材における振動の周波数応答に基づき、前記硬化体の硬化状態を示す情報を取得する解析部、として機能させる。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、硬化体表面を乱すことなく硬化体の硬化状態を把握可能な情報を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】一実施形態に係る硬化体解析システムの構成を示す図である。
【図2】一実施形態に係る硬化体解析装置の機能構成を示すブロック図である。
【図3】一実施形態に係る硬化体解析のフローを示すフローチャートである。
【図4】実施例１に係る貫入抵抗試験の結果を示す図である。
【図5】実施例２に係る構造物の斜視図である。
【図6】実施例２に係る硬化体解析システムの構成を示す図である。
【図7】実施例２に係るパワースペクトルの取得結果を示す図である。
【図8】実施例２に係る一次共振周波数の取得結果を示す図である。
【図9】実施例３に係る一次共振周波数の算出結果を示す図である。
【図10】実施例３に係る弾性係数の時間変化の算出結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
図面には、必要に応じて相互に直交するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸が示されている。各軸において、矢印が延びる方向を「正方向」、正方向と逆の方向を「負方向」と称する。
図面には、必要に応じて相互に直交するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸が示されている。各軸において、矢印が延びる方向を「正方向」、正方向と逆の方向を「負方向」と称する。
【0014】
＜１．硬化体解析システムの構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る硬化体解析システム１の構成を示す図である。図１に示す硬化体解析システム１は、硬化体１０に挿し込まれた板状部材１２（部材の一例）における振動の周波数応答を取得し、当該周波数応答に基づき硬化体１０の硬化状態を示す情報（以下、「硬化状態情報」とも称される）を取得するシステムである。
本実施形態の硬化体１０は、例えば、セメントが用いられたセメント硬化体である。セメント硬化体は、具体的に、モルタル、コンクリート等である。モルタルは、セメント、砂、水が練り混ぜられたものである。コンクリートは、セメント、砂、砂利、水が練り混ぜられたものである。なお、硬化体１０は、かかる例に限定されない。
本実施形態の板状部材１２は、例えば、板状の金属（金属板）である。本実施形態では、アルミニウムの金属板（アルミニウム梁）を板状部材１２として用いる。板状部材１２がアルミニウム梁である場合、その寸法は、例えば縦２ｍｍ（Ｙ軸方向）×横２０ｍｍ（Ｘ軸方向）×高さ２００ｍｍ（Ｚ軸方向）である。なお、板状部材１２の形状、寸法、金属の種類は、かかる例に限定されない。金属の種類は、例えば、銅、鉄等の一般的な金属であれば特に限定されない。また、板状部材１２の材質は、金属に限定されない。図１に示すように、板状部材１２は、硬化体１０に対して一部が挿し込まれる。以下、硬化体１０に対して板状部材１２の一部が挿し込まれた状態ものは、「構造物」とも称される。
図１は、本発明の一実施形態に係る硬化体解析システム１の構成を示す図である。図１に示す硬化体解析システム１は、硬化体１０に挿し込まれた板状部材１２（部材の一例）における振動の周波数応答を取得し、当該周波数応答に基づき硬化体１０の硬化状態を示す情報（以下、「硬化状態情報」とも称される）を取得するシステムである。
本実施形態の硬化体１０は、例えば、セメントが用いられたセメント硬化体である。セメント硬化体は、具体的に、モルタル、コンクリート等である。モルタルは、セメント、砂、水が練り混ぜられたものである。コンクリートは、セメント、砂、砂利、水が練り混ぜられたものである。なお、硬化体１０は、かかる例に限定されない。
本実施形態の板状部材１２は、例えば、板状の金属（金属板）である。本実施形態では、アルミニウムの金属板（アルミニウム梁）を板状部材１２として用いる。板状部材１２がアルミニウム梁である場合、その寸法は、例えば縦２ｍｍ（Ｙ軸方向）×横２０ｍｍ（Ｘ軸方向）×高さ２００ｍｍ（Ｚ軸方向）である。なお、板状部材１２の形状、寸法、金属の種類は、かかる例に限定されない。金属の種類は、例えば、銅、鉄等の一般的な金属であれば特に限定されない。また、板状部材１２の材質は、金属に限定されない。図１に示すように、板状部材１２は、硬化体１０に対して一部が挿し込まれる。以下、硬化体１０に対して板状部材１２の一部が挿し込まれた状態ものは、「構造物」とも称される。
【0015】
硬化体解析システム１は、パルスレーザー２０、集光素子２２、振動測定計３０、及び硬化体解析装置４０を備える。振動測定計３０及び硬化体解析装置４０は、有線通信あるいは無線通信によって、互いに通信可能に接続されている。なお、パルスレーザー２０、集光素子２２、振動測定計３０、及び硬化体解析装置４０は、硬化体１０と非接触の状態で、硬化体１０が施工される領域（以下、「施工領域」とも称される）の外に設けられる。
パルスレーザー２０は、板状部材１２に照射するレーザーパルス光２０１を出射する。本実施形態では、レーザーパルス光２０１は、短パルスである。レーザーパルス光２０１の波長スペクトル幅、時間幅、パルスエネルギー等のそれぞれの条件は、板状部材１２へのレーザーパルス光２０１の照射によって、照射された板状部材１２の表面にレーザー誘起プラズマが生じる閾値を超えるように適宜設定され、パルスレーザー２０のパラメータ等で設定・調節される。上述のパラメータを有するパルスレーザー２０としては、例えば、Ｑスイッチ式のＹＡＧレーザーやＴｉサファイアレーザー等が挙げられる。本実施形態では、パルスレーザー２０は、硬化体１０に一部が挿し込まれた板状部材１２に対してレーザーパルス光２０１を照射する。レーザーパルス光２０１のような高出力レーザーが集光されて固体に照射されると、固体表面温度が急激に上昇し、原子、分子、イオン等が爆発的に放出される現象が生じる。当該現象は、レーザーアブレーション（ＬＡ：Laser Ablation）と称される。本実施形態では、パルスレーザー２０から出射されたレーザーパルス光２０１が集光素子２２によって集光され、板状部材１２に照射される。これにより、板状部材１２におけるレーザーパルス光２０１の照射位置にてレーザーアブレーションが生じ、板状部材１２の原子、分子、イオン等の放出物１４が板状部材１２から放出される。放出物１４の質量をｍ、放出速度をｖとすると、放出物１４の運動量はｍｖとなる。運動量ｍｖの変化は力積であり、板状部材１２の法線方向に加振力が作用する。レーザーアブレーションによる加振は、理想的なインパルス加振である。板状部材１２の周波数特性は、板状部材１２から放出された放出物１４によるインパルス加振で計測されたパワースペクトルに反映される。
集光素子２２は、パルスレーザー２０から出射されたレーザーパルス光２０１を板状部材１２に集光させる。集光素子２２は、例えば、両凸レンズであるが、集光機能を有していれば特に限定されない。集光素子２２が両凸レンズであれば、集光素子２２の開口数、焦点距離や屈折率等の条件は、板状部材１２へのレーザーパルス光２０１の照射によってレーザー誘起プラズマが生じるように適宜設定される。レーザーパルス光２０１の集光位置は、板状部材１２の硬化体１０から突き出ている部分である。
振動測定計３０は、レーザーパルス光２０１によって板状部材１２がインパルス加振された際の板状部材１２における振動の周波数応答を取得する。振動測定計３０は、例えば、レーザードップラー振動計である。なお、振動測定計３０は、周波数応答を取得可能な装置であればレーザードップラー振動計に限定されない。
パルスレーザー２０は、板状部材１２に照射するレーザーパルス光２０１を出射する。本実施形態では、レーザーパルス光２０１は、短パルスである。レーザーパルス光２０１の波長スペクトル幅、時間幅、パルスエネルギー等のそれぞれの条件は、板状部材１２へのレーザーパルス光２０１の照射によって、照射された板状部材１２の表面にレーザー誘起プラズマが生じる閾値を超えるように適宜設定され、パルスレーザー２０のパラメータ等で設定・調節される。上述のパラメータを有するパルスレーザー２０としては、例えば、Ｑスイッチ式のＹＡＧレーザーやＴｉサファイアレーザー等が挙げられる。本実施形態では、パルスレーザー２０は、硬化体１０に一部が挿し込まれた板状部材１２に対してレーザーパルス光２０１を照射する。レーザーパルス光２０１のような高出力レーザーが集光されて固体に照射されると、固体表面温度が急激に上昇し、原子、分子、イオン等が爆発的に放出される現象が生じる。当該現象は、レーザーアブレーション（ＬＡ：Laser Ablation）と称される。本実施形態では、パルスレーザー２０から出射されたレーザーパルス光２０１が集光素子２２によって集光され、板状部材１２に照射される。これにより、板状部材１２におけるレーザーパルス光２０１の照射位置にてレーザーアブレーションが生じ、板状部材１２の原子、分子、イオン等の放出物１４が板状部材１２から放出される。放出物１４の質量をｍ、放出速度をｖとすると、放出物１４の運動量はｍｖとなる。運動量ｍｖの変化は力積であり、板状部材１２の法線方向に加振力が作用する。レーザーアブレーションによる加振は、理想的なインパルス加振である。板状部材１２の周波数特性は、板状部材１２から放出された放出物１４によるインパルス加振で計測されたパワースペクトルに反映される。
集光素子２２は、パルスレーザー２０から出射されたレーザーパルス光２０１を板状部材１２に集光させる。集光素子２２は、例えば、両凸レンズであるが、集光機能を有していれば特に限定されない。集光素子２２が両凸レンズであれば、集光素子２２の開口数、焦点距離や屈折率等の条件は、板状部材１２へのレーザーパルス光２０１の照射によってレーザー誘起プラズマが生じるように適宜設定される。レーザーパルス光２０１の集光位置は、板状部材１２の硬化体１０から突き出ている部分である。
振動測定計３０は、レーザーパルス光２０１によって板状部材１２がインパルス加振された際の板状部材１２における振動の周波数応答を取得する。振動測定計３０は、例えば、レーザードップラー振動計である。なお、振動測定計３０は、周波数応答を取得可能な装置であればレーザードップラー振動計に限定されない。
【0016】
本実施形態において、周波数応答は、板状部材１２がレーザーアブレーションによって、インパルス加振された際のパワースペクトルと等価であるとみなされる。よって、振動測定計３０は、レーザーアブレーションによって板状部材１２が加振された際の時刻歴応答を測定し、当該時刻歴応答に対するフーリエ変換によって得られるパワースペクトルを周波数応答として取得する。
入力の時刻歴応答をｆ（ｔ）、出力の時刻歴応答をｘ（ｔ）とすると、それぞれのフーリエ変換Ｆ（ω）、Ｘ（ω）は、以下の式（１）、式（２）のように示される。
入力の時刻歴応答をｆ（ｔ）、出力の時刻歴応答をｘ（ｔ）とすると、それぞれのフーリエ変換Ｆ（ω）、Ｘ（ω）は、以下の式（１）、式（２）のように示される。
【0017】
【数1】
【0018】
【数2】
【0019】
一方、出力の時刻歴応答ｘ（ｔ）は、以下の式（３）に示すように、インパルス応答関数ｈ（ｔ）と入力の時刻歴応答ｆ（ｔ）の畳み込み積分で求めることができる。
【0020】
【数3】
【0021】
式（３）のフーリエ変換は畳み込み積分の性質より以下の式（４）のように示される。
【0022】
【数4】
【0023】
ここで、Ｈ（ω）は、システムの周波数応答関数である。入力をインパルス応答とみなす時、理想的な状態においてｆ（ｔ）はディラックのデルタ関数であると考えられる。この場合、ｆ（ｔ）のフーリエ変換は、Ｆ（ω）＝１となる。よって、式（４）は、以下の式（５）のように示される。
【0024】
【数5】
【0025】
式（５）より、出力の時刻歴応答ｘ（ｔ）のフーリエ変換は、周波数応答関数となる。以上より、本実施形態では、周波数応答と、レーザーアブレーションによるインパルス加振で得られるパワースペクトルとが等価であるとみなすことができる。
本実施形態では、振動測定計３０は、板状部材１２がレーザーパルス光２０１の照射によってインパルス加振された際の板状部材１２における振動のパワースペクトルを、所定の測定周波数（例えば０Ｈｚ～２０００Ｈｚ）及びサンプリング点数（例えば４０９６点）で取得する。振動測定計３０は、取得したパワースペクトルを周波数応答として硬化体解析装置４０へ送信する。硬化体解析装置４０は、振動測定計３０によって取得される周波数応答に基づき、硬化体１０の硬化状態情報を取得する。例えば、硬化体解析装置４０は、硬化体１０の弾性係数（ヤング率）を硬化状態情報として取得する。弾性係数は、物体の変形のしにくさを表す物性値である。弾性係数は、値が小さいほど物体が変形しやすいことを示し、値が大きいほど物体が変形しにくいことを示す。よって、硬化体解析装置４０が取得する硬化体１０の弾性係数に基づき、ユーザは硬化体１０の硬化状態を把握することができる。また、ユーザは、硬化体１０の弾性係数の時系列変化を見ることで、硬化体１０の硬化の進み具合を把握することもできる。
本実施形態では、振動測定計３０は、板状部材１２がレーザーパルス光２０１の照射によってインパルス加振された際の板状部材１２における振動のパワースペクトルを、所定の測定周波数（例えば０Ｈｚ～２０００Ｈｚ）及びサンプリング点数（例えば４０９６点）で取得する。振動測定計３０は、取得したパワースペクトルを周波数応答として硬化体解析装置４０へ送信する。硬化体解析装置４０は、振動測定計３０によって取得される周波数応答に基づき、硬化体１０の硬化状態情報を取得する。例えば、硬化体解析装置４０は、硬化体１０の弾性係数（ヤング率）を硬化状態情報として取得する。弾性係数は、物体の変形のしにくさを表す物性値である。弾性係数は、値が小さいほど物体が変形しやすいことを示し、値が大きいほど物体が変形しにくいことを示す。よって、硬化体解析装置４０が取得する硬化体１０の弾性係数に基づき、ユーザは硬化体１０の硬化状態を把握することができる。また、ユーザは、硬化体１０の弾性係数の時系列変化を見ることで、硬化体１０の硬化の進み具合を把握することもできる。
【0026】
以上より、本実施形態の硬化体解析システム１では、パルスレーザー２０が板状部材１２に対してレーザーパルス光２０１を照射し、振動測定計３０が板状部材１２における振動の周波数応答を取得する。パルスレーザー２０は、構造物と非接触な状態で遠隔（例えば硬化体１０の施工領域外）から板状部材１２に対してレーザーパルス光２０１を照射することができる。また、振動測定計３０は、構造物と非接触な状態で遠隔から板状部材１２の周波数応答を取得できる。そして、硬化体解析装置４０は、振動測定計３０が取得した周波数応答に基づき硬化状態情報を取得する。これにより、ユーザは、施工領域内に踏み込むことなく、硬化体１０の硬化状態情報を取得できる。即ち、ユーザは、硬化体表面を乱すことなく硬化体１０の硬化状態情報を取得することができる。
【0027】
＜２．硬化体解析装置の機能構成＞
続いて、図２を参照して、本発明の一実施形態に係る硬化体解析装置４０の機能構成について説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る硬化体解析装置４０の機能構成を示すブロック図である。図２に示すように、硬化体解析装置４０は、通信部４１、制御部４２、記憶部４３、入力部４４、及び出力部４５を備える。
続いて、図２を参照して、本発明の一実施形態に係る硬化体解析装置４０の機能構成について説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る硬化体解析装置４０の機能構成を示すブロック図である。図２に示すように、硬化体解析装置４０は、通信部４１、制御部４２、記憶部４３、入力部４４、及び出力部４５を備える。
【0028】
通信部４１は、各種情報の送受信を行う機能を有する。例えば、通信部４１は、振動測定計３０から周波数応答を受信し、制御部４２へ出力する。
【0029】
制御部４２は、硬化体解析装置４０の動作全般を制御する機能を有する。制御部４２は、例えば、硬化体解析装置４０がハードウェアとして備えるＣＰＵ（Central Processing Unit）にプログラムを実行させることによって実現される。
図２に示すように、制御部４２は、解析部４２０を備える。
図２に示すように、制御部４２は、解析部４２０を備える。
【0030】
解析部４２０は、振動測定計３０によって取得される板状部材１２の周波数応答に基づき、硬化体１０の硬化状態情報を取得する。本実施形態では、解析部４２０は、硬化体１０の弾性係数（ヤング率）を硬化状態情報として取得する。例えば、周波数応答が板状部材１２のパワースペクトルである場合、解析部４２０は、当該パワースペクトルが示す一次共振周波数に基づき、硬化体１０の弾性係数を算出する。パワースペクトルが示す一次共振周波数は、例えば、パワースペクトルにおいて最も大きなピークを示す位置における周波数である。一例として、解析部４２０は、ＦＥＭ（Finite Element Method）解析によって、硬化体１０の弾性係数を算出する。解析部４２０は、ＦＥＭ解析により、パルスレーザー２０によるレーザーパルス光２０１の照射によって板状部材１２の振動に一次共振周波数が生じる際の硬化体１０の弾性係数を算出することができる。
解析部４２０は、弾性係数の取得対象のモデルに対して、設定情報と取得した一次共振周波数に基づくＦＥＭ解析を行い、硬化体１０の弾性係数を算出する。本実施形態では、弾性係数の取得対象である硬化体１０に板状部材１２の一部が挿し込まれた構造物のモデルが予め用意される。設定情報は、例えば、構造物のモデルの物性値である。本実施形態では、構造物を構成する硬化体１０の物性値と板状部材１２の物性値が設定される。硬化体１０の物性値には、硬化体１０の密度、弾性係数（variable）、ポアソン比、及び減衰係数が設定される。板状部材１２の物性値には、密度、弾性係数、ポアソン比、及び減衰係数が設定される。
なお、ＦＥＭ解析によって得られる弾性係数は、板状部材１２の硬化体１０に挿し込まれている部分における平均的な値である。そのため、ＦＥＭ解析で得られる弾性係数は、板状部材１２の硬化体１０に挿し込まれている部分の長さに影響を受ける。よって、板状部材１２の硬化体１０に挿し込まれる部分の長さを調整することで、硬化体１０の表面付近だけでなく、内部の硬化状態を把握することも可能となる。例えば、板状部材１２の硬化体１０に挿し込まれている部分の長さを長くするほど、より内部の硬化状態も考慮された弾性係数が算出される。一方、板状部材１２の硬化体１０に挿し込まれている部分の長さを短くするほど、より表面に近い部分の硬化状態が考慮された弾性係数が算出される。
解析部４２０は、取得した硬化体１０の硬化状態情報を出力する。例えば、解析部４２０は、硬化状態情報を出力部４５にて出力可能な情報に変換し、出力部４５へ出力する。具体的に、解析部４２０は、硬化状態情報を数値のまま出力部４５へ出力してもよいし、硬化状態情報の時系列変化を示すグラフを出力部４５へ出力してもよい。
解析部４２０は、弾性係数の取得対象のモデルに対して、設定情報と取得した一次共振周波数に基づくＦＥＭ解析を行い、硬化体１０の弾性係数を算出する。本実施形態では、弾性係数の取得対象である硬化体１０に板状部材１２の一部が挿し込まれた構造物のモデルが予め用意される。設定情報は、例えば、構造物のモデルの物性値である。本実施形態では、構造物を構成する硬化体１０の物性値と板状部材１２の物性値が設定される。硬化体１０の物性値には、硬化体１０の密度、弾性係数（variable）、ポアソン比、及び減衰係数が設定される。板状部材１２の物性値には、密度、弾性係数、ポアソン比、及び減衰係数が設定される。
なお、ＦＥＭ解析によって得られる弾性係数は、板状部材１２の硬化体１０に挿し込まれている部分における平均的な値である。そのため、ＦＥＭ解析で得られる弾性係数は、板状部材１２の硬化体１０に挿し込まれている部分の長さに影響を受ける。よって、板状部材１２の硬化体１０に挿し込まれる部分の長さを調整することで、硬化体１０の表面付近だけでなく、内部の硬化状態を把握することも可能となる。例えば、板状部材１２の硬化体１０に挿し込まれている部分の長さを長くするほど、より内部の硬化状態も考慮された弾性係数が算出される。一方、板状部材１２の硬化体１０に挿し込まれている部分の長さを短くするほど、より表面に近い部分の硬化状態が考慮された弾性係数が算出される。
解析部４２０は、取得した硬化体１０の硬化状態情報を出力する。例えば、解析部４２０は、硬化状態情報を出力部４５にて出力可能な情報に変換し、出力部４５へ出力する。具体的に、解析部４２０は、硬化状態情報を数値のまま出力部４５へ出力してもよいし、硬化状態情報の時系列変化を示すグラフを出力部４５へ出力してもよい。
【0031】
記憶部４３は、各種情報を記憶する機能を有する。
記憶部４３は、硬化体解析装置４０がハードウェアとして備える記憶媒体、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access read/write Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、またはこれらの記憶媒体の任意の組み合わせによって構成される。
記憶部４３は、硬化体解析装置４０がハードウェアとして備える記憶媒体、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access read/write Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、またはこれらの記憶媒体の任意の組み合わせによって構成される。
【0032】
入力部４４は、ユーザによる入力を受け付ける機能を有する。入力部４４は、受け付けた入力を制御部４２へ出力する。入力部４４は、例えば硬化体解析装置４０がハードウェアとして備えるタッチパネル、キーボード、マウス等の入力装置によって実現され得る。
【0033】
出力部４５は、各種情報を出力する機能を有する。例えば、出力部４５は、制御部４２から入力される硬化状態情報を出力する。
出力部４５の機能は、例えば、硬化体解析装置４０がハードウェアとして備えるディスプレイ等の表示装置によって実現される。出力部４５の機能が表示装置によって実現される場合、出力部４５は、制御部４２から入力された硬化状態情報を表示装置に表示する。
出力部４５の機能は、例えば、硬化体解析装置４０がハードウェアとして備えるディスプレイ等の表示装置によって実現される。出力部４５の機能が表示装置によって実現される場合、出力部４５は、制御部４２から入力された硬化状態情報を表示装置に表示する。
【0034】
＜３．硬化体解析のフロー＞
図３は、本発明の一実施形態に係る硬化体解析のフローを示すフローチャートである。本実施形態の硬化体解析のフローには、レーザー照射工程、周波数応答取得工程、及び解析工程が含まれる。
図３は、本発明の一実施形態に係る硬化体解析のフローを示すフローチャートである。本実施形態の硬化体解析のフローには、レーザー照射工程、周波数応答取得工程、及び解析工程が含まれる。
【0035】
まず、パルスレーザー２０は、対象にレーザーパルス光２０１を照射するためのレーザー照射工程を行う（Ｓ１００）。例えば、パルスレーザー２０は、セメントが用いられた硬化体１０に一部が挿し込まれた板状部材１２にレーザーパルス光２０１を照射する。
次いで、振動測定計３０は、周波数応答を取得するための周波数応答取得工程を行う（Ｓ１０２）。例えば、レーザーパルス光２０１の照射によって加振される板状部材１２における振動に関する周波数応答を取得する。具体的に、振動測定計３０は、板状部材１２がレーザーパルス光２０１の照射によってインパルス加振された際のパワースペクトルを周波数応答として取得する。
次いで、解析部４２０は、硬化状態情報を取得するための解析工程を行う（Ｓ１０４及びＳ１０６）。解析工程にて解析部４２０は、振動測定計３０によって取得された板状部材１２における振動のパワースペクトル（周波数応答）に基づき、硬化体１０の硬化状態情報を取得する。解析工程には、一次共振周波数取得工程及びＦＥＭ解析工程が含まれる。
まず、解析部４２０は、一次共振周波数を取得するための一次共振周波数取得工程を行う（Ｓ１０４）。具体的に、解析部４２０は、振動測定計３０によって取得された板状部材１２における振動のパワースペクトルから、一次共振ピークと考えられる点の周波数の値を、一次共振周波数として取得する。
次いで、解析部４２０は、弾性係数を取得するためのＦＥＭ解析工程を行う（Ｓ１０６）。解析部４２０は、パワースペクトルが示す一次共振周波数に基づき、硬化体１０の弾性係数を算出する。具体的に、解析部４２０は、一次共振周波数取得工程にて取得した一次共振周波数に基づくＦＥＭ解析によって、硬化体１０の弾性係数を算出する。
次いで、振動測定計３０は、周波数応答を取得するための周波数応答取得工程を行う（Ｓ１０２）。例えば、レーザーパルス光２０１の照射によって加振される板状部材１２における振動に関する周波数応答を取得する。具体的に、振動測定計３０は、板状部材１２がレーザーパルス光２０１の照射によってインパルス加振された際のパワースペクトルを周波数応答として取得する。
次いで、解析部４２０は、硬化状態情報を取得するための解析工程を行う（Ｓ１０４及びＳ１０６）。解析工程にて解析部４２０は、振動測定計３０によって取得された板状部材１２における振動のパワースペクトル（周波数応答）に基づき、硬化体１０の硬化状態情報を取得する。解析工程には、一次共振周波数取得工程及びＦＥＭ解析工程が含まれる。
まず、解析部４２０は、一次共振周波数を取得するための一次共振周波数取得工程を行う（Ｓ１０４）。具体的に、解析部４２０は、振動測定計３０によって取得された板状部材１２における振動のパワースペクトルから、一次共振ピークと考えられる点の周波数の値を、一次共振周波数として取得する。
次いで、解析部４２０は、弾性係数を取得するためのＦＥＭ解析工程を行う（Ｓ１０６）。解析部４２０は、パワースペクトルが示す一次共振周波数に基づき、硬化体１０の弾性係数を算出する。具体的に、解析部４２０は、一次共振周波数取得工程にて取得した一次共振周波数に基づくＦＥＭ解析によって、硬化体１０の弾性係数を算出する。
【0036】
以上説明したように、本実施形態に係る硬化体解析方法では、レーザー照射工程にて、セメントが用いられた硬化体１０に一部が挿し込まれた板状部材１２にレーザーパルス光２０１を照射する。また、周波数応答取得工程にて、レーザーパルス光２０１の照射によってインパルス加振された板状部材１２における振動の周波数応答を取得する。また、解析工程にて、解析部４２０が、周波数応答に基づき、硬化体１０の硬化状態情報を取得する。かかる方法により、硬化体１０の硬化状態を確認する作業者は、施工領域内に踏み込むことなく、硬化状態の確認位置における硬化状態情報を取得し、確認位置における硬化状態を把握することができる。よって、本実施形態に係る硬化体解析方法によれば、硬化体表面を乱すことなく硬化体の硬化状態を把握可能な情報を取得することが可能となる。
【0037】
以上、本発明の実施形態について説明した。なお、上述した実施形態における硬化体解析装置４０の全部又は一部をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。
【0038】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
上述の実施形態では、硬化状態情報が硬化体１０の弾性係数である例について説明したが、かかる例に限定されない。硬化状態情報は、例えば、板状部材１２における振動の時刻歴応答であってもよいし、パワースペクトルであってもよい。
また、上述の実施形態では、振動測定計３０が周波数応答を取得する機能を有する例について説明したが、かかる例に限定されない。例えば、周波数応答を取得する機能を硬化体解析装置４０が有してもよい。この場合、例えば、硬化体解析装置４０は取得部（不図示）を有し、当該取得部が振動測定計３０から測定データを取得し、当該測定データに基づき周波数応答を取得する。
また、硬化体解析装置４０は、パルスレーザー２０と振動測定計３０の動作を制御するための動作制御部（不図示）をさらに有してもよい。当該動作制御部は、例えば、パルスレーザー２０による板状部材１２に対するレーザーパルス光２０１の照射（例えば照射タイミング等）を制御する。また、当該動作制御部は、例えば、振動測定計３０による板状部材１２における振動の周波数応答の取得処理（例えば取得タイミング等）を制御する。
上述の実施形態では、硬化状態情報が硬化体１０の弾性係数である例について説明したが、かかる例に限定されない。硬化状態情報は、例えば、板状部材１２における振動の時刻歴応答であってもよいし、パワースペクトルであってもよい。
また、上述の実施形態では、振動測定計３０が周波数応答を取得する機能を有する例について説明したが、かかる例に限定されない。例えば、周波数応答を取得する機能を硬化体解析装置４０が有してもよい。この場合、例えば、硬化体解析装置４０は取得部（不図示）を有し、当該取得部が振動測定計３０から測定データを取得し、当該測定データに基づき周波数応答を取得する。
また、硬化体解析装置４０は、パルスレーザー２０と振動測定計３０の動作を制御するための動作制御部（不図示）をさらに有してもよい。当該動作制御部は、例えば、パルスレーザー２０による板状部材１２に対するレーザーパルス光２０１の照射（例えば照射タイミング等）を制御する。また、当該動作制御部は、例えば、振動測定計３０による板状部材１２における振動の周波数応答の取得処理（例えば取得タイミング等）を制御する。
【実施例】
【0039】
＜４．実施例１＞
実施例１では、硬化体１０の貫入抵抗試験を行った。試験結果は、後述の実施例３におけるＦＥＭ解析結果の検証にて、硬化体１０の硬化状態の真値として用いられる。
実施例１では、硬化体１０の貫入抵抗試験を行った。試験結果は、後述の実施例３におけるＦＥＭ解析結果の検証にて、硬化体１０の硬化状態の真値として用いられる。
【0040】
貫入抵抗試験では、定められた規格の型枠に入れられたモルタルに対して、定められた規格の棒を押し込む際に棒に印加した荷重を測定する。具体的に、モルタルの注水後、所定の時間が経過するごとに棒を押し込み、当該荷重を測定する。貫入抵抗値は、測定した荷重を棒の断面積で割ることで算出される。実施例１では、モルタルの温度を変えて、実験を５回行った。具体的に、モルタルの温度を１３．８℃、１６．０℃、１８．７℃、１９．１℃、３３．０℃と変化させて、それぞれの温度にて貫入抵抗試験を行った。なお、それぞれの温度は、試験体を作成してから試験終了までの平均の温度を示している。
図４は、実施例１に係る貫入抵抗試験の結果を示す図である。図４の横軸は時間（分）を示し、縦軸は貫入抵抗値（Ｎ／ｍｍ２）を示す。図４が示す結果より、いずれの温度においても、硬化初期の貫入抵抗値はほぼ０であり、ある時点から急激に貫入抵抗値が大きくなっていることが分かる。これは、時間の経過に伴いモルタルが硬化するのに従い、貫入抵抗値が大きくなることを示している。また、図４が示す結果より、モルタルの温度が低いほどモルタルの貫入抵抗値の時間変化が遅くなり、モルタルの温度が高いほどモルタルの貫入抵抗値の時間変化が速くなることが分かる。即ち、モルタルの温度が低いほど硬化の速度が遅く、モルタルの温度が高いほど硬化の速度が速いといえる。これは、温度が高いほどセメントと水の化学反応が速く進行し、温度が低いほどセメントと水の化学反応が遅く進行するためである。
図４は、実施例１に係る貫入抵抗試験の結果を示す図である。図４の横軸は時間（分）を示し、縦軸は貫入抵抗値（Ｎ／ｍｍ２）を示す。図４が示す結果より、いずれの温度においても、硬化初期の貫入抵抗値はほぼ０であり、ある時点から急激に貫入抵抗値が大きくなっていることが分かる。これは、時間の経過に伴いモルタルが硬化するのに従い、貫入抵抗値が大きくなることを示している。また、図４が示す結果より、モルタルの温度が低いほどモルタルの貫入抵抗値の時間変化が遅くなり、モルタルの温度が高いほどモルタルの貫入抵抗値の時間変化が速くなることが分かる。即ち、モルタルの温度が低いほど硬化の速度が遅く、モルタルの温度が高いほど硬化の速度が速いといえる。これは、温度が高いほどセメントと水の化学反応が速く進行し、温度が低いほどセメントと水の化学反応が遅く進行するためである。
【0041】
以上、実施例１より、モルタルの硬化に伴う貫入抵抗値の変化は、モルタルの温度に影響を受けることが確認できた。
【0042】
＜５．実施例２＞
パルスレーザー２０と振動測定計３０を用いることで、板状部材における振動の一次共振周波数を取得することができる。当該一次共振周波数と、硬化体の硬化状態の変化との間に関係性がある場合、当該一次共振周波数に基づき硬化体の硬化状態を把握することが可能となり得る。即ち、パルスレーザー２０と振動測定計３０を用いる方法によって硬化体の硬化状態を把握することが可能となる。そこで、実施例２では、硬化体に一部が挿し込まれた板状部材に対してレーザーパルス光を照射した際の、板状部材における振動の一次共振周波数と、硬化体の硬化状態との間に関係性があるかを検証する実験を行った。
パルスレーザー２０と振動測定計３０を用いることで、板状部材における振動の一次共振周波数を取得することができる。当該一次共振周波数と、硬化体の硬化状態の変化との間に関係性がある場合、当該一次共振周波数に基づき硬化体の硬化状態を把握することが可能となり得る。即ち、パルスレーザー２０と振動測定計３０を用いる方法によって硬化体の硬化状態を把握することが可能となる。そこで、実施例２では、硬化体に一部が挿し込まれた板状部材に対してレーザーパルス光を照射した際の、板状部材における振動の一次共振周波数と、硬化体の硬化状態との間に関係性があるかを検証する実験を行った。
【0043】
図５は、実施例２に係る構造物５０の斜視図である。実施例２では、図５に示す構造物５０を用意し、各種の実験を行った。当該構造物５０は、容器５２に対してモルタル５４（硬化体１０の一例）が入れられ、当該モルタル５４に対してアルミニウム梁６０（板状部材１２の一例）の一部が挿し込まれた状態のものである。なお、当該モルタル５４は、実施例１で用いたモルタルと同一の材料及び同一の方法で作成されたものである。
図６は、実施例２に係る硬化体解析システム２の構成を示す図である。実施例２では、上述の実施形態における硬化体解析システム１の構成に加えて、反射鏡２４－１及び反射鏡２４－２をさらに備える。反射鏡２４-１及び反射鏡２４－２は、パルスレーザー２０から出射されたレーザーパルス光２０１を適宜折り返す。反射鏡２４-１及び反射鏡２４－２は、当該レーザーパルス光２０１が集光素子２２を通過し、アルミニウム梁６０の照射位置１６に集光されるように設けられる。振動測定計３０は、アルミニウム梁６０の測定位置１８における振動のパワースペクトルの測定を行う。まず、振動測定計３０は、測定結果に基づき、アルミニウム梁６０における振動の時刻歴応答を取得する。次いで、振動測定計３０は、取得した時刻歴応答に対するフーリエ変換により、アルミニウム梁６０における振動のパワースペクトルを取得する。そして、振動測定計３０は、取得したパワースペクトルを硬化体解析装置４０へ出力する。硬化体解析装置４０は、振動測定計３０から入力されるパワースペクトルに基づき、アルミニウム梁６０における振動の一次共振周波数を取得する。
振動測定計３０が測定結果に基づき取得する時刻歴応答について説明する。時刻歴応答は、例えば、横軸が時間（秒）を示し、縦軸が電圧（Ｖ）を示すグラフで表される。実施例１では、時刻歴応答のグラフより、実験開始からの時間が経過すると共に、アルミニウム梁６０における振動が減衰しにくくなっていることが分かった。即ち、モルタル５４の硬化に伴い、アルミニウム梁６０における振動の減衰が小さくなることが分かった。
図７を参照して、振動測定計３０が測定結果に基づき取得するアルミニウム梁６０における振動のパワースペクトルについて説明する。図７は、実施例２に係るパワースペクトルの取得結果を示す図である。図７のグラフは、実験開始から所定の時間経過ごとに測定されたパワースペクトルにおける、１次共振ピーク付近を拡大したグラフを示す。図７のグラフの横軸は周波数（Ｈｚ）を示し、縦軸はマグニチュード（ｄＢ）を示す。曲線Ｓ１～Ｓ８は、それぞれ３００分、３３０分、３６０分、３９０分、４２０分、４８０分、５１０分、５４０分経過後に測定されたパワースペクトルを示す。図７より、アルミニウム梁６０における振動の周波数応答におおよそ決まった応答が現れることが分かる。例えば、１００Ｈｚから１５０Ｈｚの間に大きなピーク（一次共振ピーク）が現れ、時間の経過に伴い、当該ピークが高周波側へ移動している。これは、モルタル５４の硬化に伴い、アルミニウム梁６０の支持が強くなったためと考えられる。
図８を参照して、硬化体解析装置４０がパワースペクトルに基づき取得するアルミニウム梁６０における振動の一次共振周波数について説明する。図８は、実施例２に係る一次共振周波数の取得結果を示す図である。図８のグラフの横軸は時間（分）を示し、縦軸はアルミニウム梁６０における振動の一次共振周波数（Ｈｚ）を示す。図８のグラフは、パワースペクトルが示す一次共振ピークにおける周波数を時間経過に対して記録したものである。図８には、実験開始から６００分後くらいまではアルミニウム梁６０の一次共振周波数が８０Ｈｚから１４０Ｈｚくらいまで変化し、それ以降は１５０Ｈｚくらいに収束することが示されている。これより、アルミニウム梁６０における振動の一次共振周波数が時間経過に伴い変化すること、即ち、モルタル５４の硬化に伴い変化することが分かる。
図６は、実施例２に係る硬化体解析システム２の構成を示す図である。実施例２では、上述の実施形態における硬化体解析システム１の構成に加えて、反射鏡２４－１及び反射鏡２４－２をさらに備える。反射鏡２４-１及び反射鏡２４－２は、パルスレーザー２０から出射されたレーザーパルス光２０１を適宜折り返す。反射鏡２４-１及び反射鏡２４－２は、当該レーザーパルス光２０１が集光素子２２を通過し、アルミニウム梁６０の照射位置１６に集光されるように設けられる。振動測定計３０は、アルミニウム梁６０の測定位置１８における振動のパワースペクトルの測定を行う。まず、振動測定計３０は、測定結果に基づき、アルミニウム梁６０における振動の時刻歴応答を取得する。次いで、振動測定計３０は、取得した時刻歴応答に対するフーリエ変換により、アルミニウム梁６０における振動のパワースペクトルを取得する。そして、振動測定計３０は、取得したパワースペクトルを硬化体解析装置４０へ出力する。硬化体解析装置４０は、振動測定計３０から入力されるパワースペクトルに基づき、アルミニウム梁６０における振動の一次共振周波数を取得する。
振動測定計３０が測定結果に基づき取得する時刻歴応答について説明する。時刻歴応答は、例えば、横軸が時間（秒）を示し、縦軸が電圧（Ｖ）を示すグラフで表される。実施例１では、時刻歴応答のグラフより、実験開始からの時間が経過すると共に、アルミニウム梁６０における振動が減衰しにくくなっていることが分かった。即ち、モルタル５４の硬化に伴い、アルミニウム梁６０における振動の減衰が小さくなることが分かった。
図７を参照して、振動測定計３０が測定結果に基づき取得するアルミニウム梁６０における振動のパワースペクトルについて説明する。図７は、実施例２に係るパワースペクトルの取得結果を示す図である。図７のグラフは、実験開始から所定の時間経過ごとに測定されたパワースペクトルにおける、１次共振ピーク付近を拡大したグラフを示す。図７のグラフの横軸は周波数（Ｈｚ）を示し、縦軸はマグニチュード（ｄＢ）を示す。曲線Ｓ１～Ｓ８は、それぞれ３００分、３３０分、３６０分、３９０分、４２０分、４８０分、５１０分、５４０分経過後に測定されたパワースペクトルを示す。図７より、アルミニウム梁６０における振動の周波数応答におおよそ決まった応答が現れることが分かる。例えば、１００Ｈｚから１５０Ｈｚの間に大きなピーク（一次共振ピーク）が現れ、時間の経過に伴い、当該ピークが高周波側へ移動している。これは、モルタル５４の硬化に伴い、アルミニウム梁６０の支持が強くなったためと考えられる。
図８を参照して、硬化体解析装置４０がパワースペクトルに基づき取得するアルミニウム梁６０における振動の一次共振周波数について説明する。図８は、実施例２に係る一次共振周波数の取得結果を示す図である。図８のグラフの横軸は時間（分）を示し、縦軸はアルミニウム梁６０における振動の一次共振周波数（Ｈｚ）を示す。図８のグラフは、パワースペクトルが示す一次共振ピークにおける周波数を時間経過に対して記録したものである。図８には、実験開始から６００分後くらいまではアルミニウム梁６０の一次共振周波数が８０Ｈｚから１４０Ｈｚくらいまで変化し、それ以降は１５０Ｈｚくらいに収束することが示されている。これより、アルミニウム梁６０における振動の一次共振周波数が時間経過に伴い変化すること、即ち、モルタル５４の硬化に伴い変化することが分かる。
【0044】
以上、実施例２より、パルスレーザー２０と振動測定計３０を用いる方法によって取得される板状部材の一次共振周波数と、硬化体の硬化状態の変化との間に相関関係があることが分かった。これより、当該一次共振周波数に基づき硬化体の硬化状態を把握することが可能であるといえる。即ち、パルスレーザー２０と振動測定計３０を用いる方法によって硬化体の硬化状態を把握することが可能であるといえる。なお、実施例２の実験を複数回行い、いずれも同様の結果を得たため、当該実験の再現性も確認できた。
【0045】
＜６．実施例３＞
実施例１に示したように、貫入抵抗試験によって硬化体の貫入抵抗値を取得することができる。また、実施例２に示したように、パルスレーザー２０と振動測定計３０を用いる方法によって板状部材の一次共振周波数を取得することができる。さらに、当該方法によって取得された板状部材の一次共振周波数を用いたＦＥＭ解析によって、硬化体の弾性係数を算出することができる。貫入抵抗試験によって取得された貫入抵抗値と、ＦＥＭ解析によって取得された弾性係数とが、硬化体の硬化に伴って変化した際に、両者の変化に関係性がある場合、貫入抵抗試験の代わりに、パルスレーザー２０と振動測定計３０を用いる方法によって硬化体の硬化状態を把握することが可能であるといえる。
そこで、実施例３では、貫入抵抗試験によって取得された貫入抵抗値と、ＦＥＭ解析によって取得された弾性係数とが、硬化体の硬化に伴って変化した際に、両者の変化に関係性があるかを検証するための実験を行った。
実施例１に示したように、貫入抵抗試験によって硬化体の貫入抵抗値を取得することができる。また、実施例２に示したように、パルスレーザー２０と振動測定計３０を用いる方法によって板状部材の一次共振周波数を取得することができる。さらに、当該方法によって取得された板状部材の一次共振周波数を用いたＦＥＭ解析によって、硬化体の弾性係数を算出することができる。貫入抵抗試験によって取得された貫入抵抗値と、ＦＥＭ解析によって取得された弾性係数とが、硬化体の硬化に伴って変化した際に、両者の変化に関係性がある場合、貫入抵抗試験の代わりに、パルスレーザー２０と振動測定計３０を用いる方法によって硬化体の硬化状態を把握することが可能であるといえる。
そこで、実施例３では、貫入抵抗試験によって取得された貫入抵抗値と、ＦＥＭ解析によって取得された弾性係数とが、硬化体の硬化に伴って変化した際に、両者の変化に関係性があるかを検証するための実験を行った。
【0046】
実施例３では、図５に示す構造物５０のモデル（容器５２を除く）を予め作成する。モデルのモルタル５４の寸法は、縦１５０ｍｍ（Ｙ軸方向）×横１５０ｍｍ（Ｘ軸方向）×高さ１０８ｍｍ（Ｚ軸方向）である。なお、モルタル５４の四方の角には２５ｍｍのフィレットが施してある。また、モデルのアルミニウム梁６０の寸法は、縦２ｍｍ（Ｙ軸方向）×横２０ｍｍ（Ｘ軸方向）×高さ２００ｍｍ（Ｚ軸方向）である。アルミニウム梁６０がモルタル５４に挿し込まれる長さは１０１ｍｍ、アルミニウム梁６０がモルタル５４から突き出る長さは９９ｍｍと設定した。
ＦＥＭ解析では、予め解析条件の設定を行う。例えば、解析条件は、モデルの物性値と境界条件である。実施例３では、アルミニウム梁６０のモデルの物性値として、密度：２．８５×１０－６（ｋｇ／ｍｍ３）、弾性係数：４．７０×１０４（ＭＰａ）、ポアソン比：０．３３、減衰係数：０を設定した。また、モルタル５４の物性値として、密度：１．４９×１０－６（ｋｇ／ｍｍ３）、弾性係数：ｖａｒｉａｂｌｅ、ポアソン比：０．２５、減衰係数：０を設定した。モルタル５４の弾性係数をｖａｒｉａｂｌｅと設定したのは、設定を１ＭＰａずつ変えながら各値におけるＦＥＭ解析を行うためである。境界条件として、モルタル５４のモデルの底面の全方向を固定、側面の法線方向を固定、モルタル５４のモデルとアルミニウム梁６０のモデルとの接触部分をｂｏｎｄｉｎｇと設定した。
ＦＥＭ解析では、上述の物性値と境界条件が設定されたモデルに対して、メッシュを作成した上で解析を行う。本実施例３では、メッシュの節点数を１１６４３２点、要素数を８１７０９個と設定した。
硬化体解析装置４０は、解析条件に基づき、構造物５０のモデルに対してＦＥＭ解析を行う。まず、硬化体解析装置４０は、ＦＥＭ解析にて、モルタル５４の弾性係数を１ＭＰａずつ変え、モルタル５４の各弾性係数におけるアルミニウム梁６０の振動の一次共振周波数を算出する。次いで、硬化体解析装置４０は、算出したアルミニウム梁６０の一次共振周波数と、実施例２で取得した一次共振周波数の時間変化とに基づき、アルミニウム梁６０の一次共振周波数と対応するモルタル５４の弾性係数の時間変化を算出する。次いで、硬化体解析装置４０は、算出したモルタル５４の弾性係数の時間変化と、実施例１のモルタル（モルタル５４と同一の条件で作成）の貫入抵抗値の時間変化とを比較する。
図９を参照して、ＦＥＭ解析によるアルミニウム梁６０の一次共振周波数の算出結果について説明する。図９は、実施例３に係る一次共振周波数の算出結果を示す図である。図９のグラフの横軸はモルタル５４の弾性係数（ＭＰａ）を示し、縦軸はアルミニウム梁６０の一次共振周波数（Ｈｚ）を示す。図９には、モルタル５４の弾性係数が大きくなるに伴い、アルミニウム梁６０の一次共振周波数が大きくなり、弾性係数がある程度大きくなると一次共振周波数が所定の値に収束していくことが示されている。
図１０を参照して、モルタル５４の弾性係数の時間変化の算出結果について説明する。図１０は、実施例３に係る弾性係数の時間変化の算出結果を示す図である。図１０のグラフの横軸は時間（分）を示し、縦軸はモルタル５４の弾性係数（ＭＰａ）を示す。
図１０には、実験開始からの時間が経過すると共に、モルタル５４の弾性係数が大きくなっていることが分かる。これより、モルタル５４の弾性係数は、時間の経過に伴って変化すること、即ち、モルタル５４の硬化に伴って変化することが分かる。
ここで、図４と図１０を参照して、モルタル５４の弾性係数の時間変化と、実施例１のモルタル（モルタル５４と同一の条件で作成）の貫入抵抗値の時間変化との比較結果について説明する。図４には、実施例１の貫入抵抗試験によって取得されたモルタルの貫入抵抗値が時間変化に伴い増加していることが示されている。図１０には、ＦＥＭ解析によって算出されたモルタル５４の弾性係数が時間変化に伴い増加していることが示されている。これより、モルタル５４の弾性係数とモルタルの貫入抵抗値の時間変化は、類似していることが分かる。なお、図１０に示すモルタルの貫入抵抗値の時間変化を示すグラフは、図４に示した実施例１で取得された貫入抵抗値の時間変化を示すグラフの内、モルタル温度が１６．０℃の場合のグラフに特に類似している。
ＦＥＭ解析では、予め解析条件の設定を行う。例えば、解析条件は、モデルの物性値と境界条件である。実施例３では、アルミニウム梁６０のモデルの物性値として、密度：２．８５×１０－６（ｋｇ／ｍｍ３）、弾性係数：４．７０×１０４（ＭＰａ）、ポアソン比：０．３３、減衰係数：０を設定した。また、モルタル５４の物性値として、密度：１．４９×１０－６（ｋｇ／ｍｍ３）、弾性係数：ｖａｒｉａｂｌｅ、ポアソン比：０．２５、減衰係数：０を設定した。モルタル５４の弾性係数をｖａｒｉａｂｌｅと設定したのは、設定を１ＭＰａずつ変えながら各値におけるＦＥＭ解析を行うためである。境界条件として、モルタル５４のモデルの底面の全方向を固定、側面の法線方向を固定、モルタル５４のモデルとアルミニウム梁６０のモデルとの接触部分をｂｏｎｄｉｎｇと設定した。
ＦＥＭ解析では、上述の物性値と境界条件が設定されたモデルに対して、メッシュを作成した上で解析を行う。本実施例３では、メッシュの節点数を１１６４３２点、要素数を８１７０９個と設定した。
硬化体解析装置４０は、解析条件に基づき、構造物５０のモデルに対してＦＥＭ解析を行う。まず、硬化体解析装置４０は、ＦＥＭ解析にて、モルタル５４の弾性係数を１ＭＰａずつ変え、モルタル５４の各弾性係数におけるアルミニウム梁６０の振動の一次共振周波数を算出する。次いで、硬化体解析装置４０は、算出したアルミニウム梁６０の一次共振周波数と、実施例２で取得した一次共振周波数の時間変化とに基づき、アルミニウム梁６０の一次共振周波数と対応するモルタル５４の弾性係数の時間変化を算出する。次いで、硬化体解析装置４０は、算出したモルタル５４の弾性係数の時間変化と、実施例１のモルタル（モルタル５４と同一の条件で作成）の貫入抵抗値の時間変化とを比較する。
図９を参照して、ＦＥＭ解析によるアルミニウム梁６０の一次共振周波数の算出結果について説明する。図９は、実施例３に係る一次共振周波数の算出結果を示す図である。図９のグラフの横軸はモルタル５４の弾性係数（ＭＰａ）を示し、縦軸はアルミニウム梁６０の一次共振周波数（Ｈｚ）を示す。図９には、モルタル５４の弾性係数が大きくなるに伴い、アルミニウム梁６０の一次共振周波数が大きくなり、弾性係数がある程度大きくなると一次共振周波数が所定の値に収束していくことが示されている。
図１０を参照して、モルタル５４の弾性係数の時間変化の算出結果について説明する。図１０は、実施例３に係る弾性係数の時間変化の算出結果を示す図である。図１０のグラフの横軸は時間（分）を示し、縦軸はモルタル５４の弾性係数（ＭＰａ）を示す。
図１０には、実験開始からの時間が経過すると共に、モルタル５４の弾性係数が大きくなっていることが分かる。これより、モルタル５４の弾性係数は、時間の経過に伴って変化すること、即ち、モルタル５４の硬化に伴って変化することが分かる。
ここで、図４と図１０を参照して、モルタル５４の弾性係数の時間変化と、実施例１のモルタル（モルタル５４と同一の条件で作成）の貫入抵抗値の時間変化との比較結果について説明する。図４には、実施例１の貫入抵抗試験によって取得されたモルタルの貫入抵抗値が時間変化に伴い増加していることが示されている。図１０には、ＦＥＭ解析によって算出されたモルタル５４の弾性係数が時間変化に伴い増加していることが示されている。これより、モルタル５４の弾性係数とモルタルの貫入抵抗値の時間変化は、類似していることが分かる。なお、図１０に示すモルタルの貫入抵抗値の時間変化を示すグラフは、図４に示した実施例１で取得された貫入抵抗値の時間変化を示すグラフの内、モルタル温度が１６．０℃の場合のグラフに特に類似している。
【0047】
以上、実施例３より、貫入抵抗試験によって取得された貫入抵抗値と、ＦＥＭ解析によって取得された弾性係数とが、硬化体の硬化に伴って変化した際に、各々の変化の傾向が類似していることが分かった。これより、貫入抵抗試験によって取得された貫入抵抗値の代わりに、ＦＥＭ解析によって取得された弾性係数に基づき、硬化体の硬化状態を把握することができるといえる。ＦＥＭ解析に使用された一次共振周波数は、パルスレーザー２０と振動測定計３０を用いる方法によって取得された周波数応答に基づくものである。よって、貫入抵抗試験の代わりに、パルスレーザー２０、振動測定計３０、及びＦＥＭ解析を用いる方法によって硬化体の硬化状態を把握することが可能であるといえる。
【符号の説明】
【0048】
１…硬化体解析システム、１０…硬化体、１２…板状部材、１４…放出物、１６…照射位置、１８…測定位置、２０…パルスレーザー、２２…集光素子、２４－１…反射鏡、２４－２…反射鏡、３０…振動測定計、４０…硬化体解析装置、４１…通信部、４２…制御部、４３…記憶部、４４…入力部、４５…出力部、５０…構造物、５２…容器、５４…モルタル、６０…アルミニウム梁、２０１…レーザーパルス光、４２０…解析部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】