Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

複合材料 / 損傷許容設計 / 損傷検知 / 損傷修復 / 損傷許容性 / 光ファイバ / 自己治癒 / 構造・機能材料 / 航空宇宙工学 / 複合材料・物性 / 航空機構造 / 自己修復 / 設計法 / 衝撃損傷 / 剥離損傷 / モニタリング / 補修 / 軽量化

本研究課題では耐損傷性の問題から十分な軽量化にいたっていない複合材航空機構造を対象に、大幅な重量低減を目標とした検討を行った。具体的にはこれまで構築してきた階層型光ファイバ損傷検知システムを損傷検知・修復ハイブリッドシステムに発展させるとともに、独自の急速補修技術と融合させて構造に適用することで、設計許容ひずみレベルを向上させることを試みた。損傷検知・補修融合技術を適用することで初めて可能になる軽量供試体を作製し、従来構造との強度比較実験を通して融合技術による重量低減ポテンシャルを示した。

破壊 / 複合材料 / CFRP / 層間はく離 / 電気抵抗 / ジュール発熱 / モニタリング / 落錘試験 / 損傷検知 / ジュール加熱 / 損傷 / 有限要素法

炭素繊維強化プラスチック積層板の強化繊維の炭素繊維をそのままセンサとして用いる自己損傷検知手法に熱変形の前後で電気抵抗を測定して差異を統計的に判定する手法を提案している.ジュール発熱を利用し,冷却過程でブロックごとの電気抵抗を測定し,電気抵抗変化の統計的関係の変化から,周囲との差異を検出する.この手法を衝撃荷重後の損傷,初期欠陥に適用し,実験的に検証した.また,電極損傷時にも有効に損傷の有無を検知できることを実験的に検証した.

光ファイバセンサ / 複合材料 / 複合構造 / ヘルスモニタリング / トランスバースクラック / 損傷検知 / ブラッグ格子

本研究では、複合材料積層板の内部に光ファイバセンサを埋込み、複合材料中に発生するき裂、とくにトランスバースクラックや層間剥離などを監視する知的複合材料クラック発生・進展モニタリングシステムを構築する試みを行った。埋込む光ファイバセンサとしては、、光ファイバブラックグレーティングセンサ(FBG)を用いた。被覆のある通常のFBGセンサに加え、被覆を除去して感度を良くしたFBGセンサも用いた。また、従来より細い直径をもつ光ファイバ(クラッド径40ミクロン、被覆径52ミクロン)を用いた、プリプレグ1層内に埋込み可能であるFBGセンサも使用し、比較を行った。
(1)光ファイバが埋込まれた材料にトランスバースクラックが発生したときの、光ファイバ周辺のひずみ分布を理論的、数値解析的に明らかにした。その場合、光ファイバの埋め込み位置、積層構成についても検討し、ひずみ分布に与える影響を体系的に明らかにした。
(2)光ファイバセンサを複合材料に埋めて、クラックによる集中ひずみが光ファイバセンサの出力に与える影響を実験的に明らかにするとともに、理論との比較を行った。
(3)センサによって測定される内部ひずみや反射光の周波数分布とクラック位置や発生数との関係を体系的に求めた。
(4)埋め込み位置、埋め込み手法、積層構成と出力との関係も同時に検討し、クラック検出に最適な光ファイバセンサの埋め込み構成を明らかにした。
(5)細径光ファイバ(クラッド径40ミクロン、被覆径52ミクロン)を複合材料中に埋め込む技術、光コネクタ技術の開発を行った。
(6)トランスバースクラック発生に伴い生じる反射光の周波数分布は、トランスバースクラック発生・進展プロセスを定量的に評価する指標として有用であることを示した。

【研究分担者】
水谷義弘	東京工業大学	大学院・理工学研究科	准教授	(Kakenデータベース)
松崎亮介	東京工業大学	大学院・理工学研究科	助教	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
石川隆司	科学技術庁	航空宇宙技術研究所・総合材構造研究室	室長(研究職/">(Kakenデータベース)
宋東烈	フェロー(研究職/">(Kakenデータベース)
岡部洋二	東京大学	大学院・新領域創成科学研究科	助手	(Kakenデータベース)
荻原慎二	東京理科大学	理工学部	講師	(Kakenデータベース)