実働荷重下にあるFRP積層板のLamb波による非破壊損傷評価

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本研究では,板面内を伝播するLamb波を用いて,実働荷重下におけるFRP積層板のき裂損傷を非破壊的に検出する手法について検討しており,特に,FRP製の液体容器が液体の自重により曲げを受ける場合を想定して,曲げ荷重下にあるFRP積層板のき裂検出に取り組んだ.本年度は,前年度に引き続き,き裂閉口による超音波伝播特性の変化を詳細に測定するとともに,き裂閉口に伴う音速上昇をモデル化する手法について検討した.実験では探触子ホルダを改良して曲げ試験中においても安定した超音波の送受信が出来るようにし,より正確な音速測定を可能とした.さらに,損傷した試験片において曲げ荷重の負荷および除荷過程における音速変化を詳細に観測し,負荷除荷過程で音速ヒステリシスが観測されることを明らかにした.また,音速変化をもたらす他の要因と考えられる音弾性効果(応力の変化が直接音速変化をもたらす効果)を評価し,音弾性効果による音速変化が曲げ負荷に伴う音速上昇に比べて小さいことを示した.以上の測定結果より,損傷試験片に曲げ荷重を加えた場合に観測される音速上昇はき裂閉口によるところが大きいことを明らかにし,その変化の程度を示した.また,き裂閉口による音速上昇をモデル化する手法として,マルチレイヤ分割手法による剛性回復モデルを提案し,実測値との比較を行った.その結果,予測値は音速上昇を実際よりも過大に評価する傾向が見られ,き裂閉口による剛性の回復が予想よりも小さく,き裂が完全に閉じても剛性は完全に回復しないことを示した.以上の研究成果より,FRP積層板のき裂検出に際してはき裂閉口を無視できないことを明らかにした.また,き裂の閉口状態と音速変化が密接に関連していることから,密閉容器に発生した閉口き裂の検出には一時的な加減圧など負荷状態の変化に伴う音速変化の測定が有効であると考えられる.