Development of life-time monitoring technology of CFRP structures using Rayleigh scattering-based distributed sensors

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CFRP構造は比強度，比剛性に優れるが，高いコストがネックとなっている．製造時から運用までCFRP構造の欠陥や損傷状態を把握することが出来れば，製造・運用コストが削減と信頼性の向上が見込める．レイリー散乱型光ファイバ分布センサは長い測定長と高い空間分解能を有するが，それを剥離検出に適用した研究は非常に少ない．そこで，本研究では，レイリー散乱型分布センサを用いて，１つのセンサでCFRP構造の製造から廃棄までを監視する生涯監視技術を構築することを最終目標として，樹脂流動と成形ひずみの監視，および運用時の層間剥離損傷同定手法の開発を行う．2022年度では，(1)二次元形状の剥離形態と測定されたひずみの乱れ場を理論解析によって結びつけることを目的として研究を行った．特にモードII剥離進展に注目して，剥離の深さ方向位置の影響を明らかにすることを試みた．深さ方向位置の異なる剥離損傷が導入されたCFRP積層板を製作し，ENF（end-notch fracture）試験により層間剝離進展によるひずみ分布の変動の測定を行った．その結果，，剥離の深さ方向位置がひずみ分布に大きな影響を与えることを明らかにした．さらにはり理論および有限要素解析を用いたひずみ分布結果と比較して，どの深さ位置においても層間剥離先端でピークまたは大きな変動が生じることを明らかにした．よって，光ファイバセンサにより層間剥離先端の位置検出および深さ位置の推定が可能であることを明らかにした．今後は剥離先端および深さ位置を試みる．さらに2022年度には，(2)温度を負荷して，閉じた層間剥離の検出を温度分布から検出する可能性を検討する試みを開始した．実験および解析結果より，光ファイバセンサによる温度測定から閉じた層間剥離の同定の可能性を示すことが出来た．