繊維強化プラスチックの損傷力学的評価とヘルスモニタリング技術開発

纤维增强塑料机械损伤评估与健康监测技术开发

• 批准号: 14750078
• 负责人: 岡部 朋永
• 金额: $ 1.92万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750078/
• 关键词: 複合材料; 非破壊検査; 損傷力学; 強度理論; 数値解析

電気抵抗変化によるヘルスモニタリング炭素繊維強化複合材料においては繊維が導電性を有するため、その破断は電気抵抗変化の形でモニタリングすることが可能である。そこで、数値解析および損傷力学モデルを併用することで、引張荷重下の損傷のモニタリングを試みた。特に材料内部の繊維の状況を等価電気回路に置き換えた数値解析手法は世界でも類を見ないものである。実験結果は予測結果と良く一致しており、有効なヘルスモニタリング手法であることが示された。損傷力学モデリング複合材内部に発生するき裂が引き起こす剛性の低下を、損傷力学モデルによって評価した。このとき、従来では損傷テンソルの導出が曖昧であり、得られた結果を現象と結びつけることが出来なかった。そこで、き裂近傍の変位場を解析的に解くことによって、損傷テンソルの導出を行った。数多くの先行研究における実験結果と比較検討を行ったところ、様々な積層構成を有する積層板に適用が可能であることがわかり、妥当な結果を得ることが出来た。また、この定式化を利用した有限要素法による数値破壊シミュレーションを確立した。ラム波を用いたヘルスモニタリング近年、注目を集めているラム波を用いたヘルスモニタリングを先に述べた損傷力学を利用することで行った。複合材中を伝播する波の速度は損傷量が増えるにつれ低下し、解析結果は実験結果と良く一致した。また、この技術をもとに、機械的ひずみの増大に伴う剛性の上昇を加味した新しいヘルスモニタリング手法を確立した。

Electric 気 resistance - the に よ る ヘ ル ス モ ニ タ リ ン グ carbon 繊 d reinforced composites に お い て は 繊 d が conductivity を have す る た め, そ の breaking は electric 気 resistance - the の form で モ ニ タ リ ン グ す る こ と が may で あ る. そ こ で, the numerical analytic お よ び damage mechanics モ デ ル を and す る こ と で, extension and load damage の の モ ニ タ リ ン グ を try み た. に materials internal の 繊 d の conditions を 価 electric 気 loop に buy き in え た the numerical analytical technique は world で も class を see な い も の で あ る. Be は 験 results to the measurement results agree good と く し て お り, unseen な ヘ ル ス モ ニ タ リ ン グ gimmick で あ る こ と が shown さ れ た. Damage mechanics モ デ リ ン グ compound material internal に 発 raw す る き crack が lead き up こ す rigid low の を, damage mechanics モ デ ル に よ っ て review 価 し た. こ の と き, 従 で は damage テ ン ソ ル の export が ambiguous で あ り, ら れ た results を phenomenon と knot び つ け る こ と が out な か っ た. そ こ で, き cracks near alongside の - potential field を に solution of parsing く こ と に よ っ て, injury テ ン ソ ル の export line を っ た. Many く の leading research に お け る be 験 results と 検 line for を っ た と こ ろ, others 々 な horizon form を have す る laminated plate に may apply が で あ る こ と が わ か り, appropriate な results を る こ と が た. ま た, こ の demean を using し た finite elements method に よ る the numerical broken 壊 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を establish し た. ラ ム wave を with い た ヘ ル ス モ ニ タ リ ン グ in recent years, the striking を set め て い る ラ ム wave を with い た ヘ ル ス モ ニ タ リ ン グ を に first mentioned べ た を using damage mechanics す る こ と で line っ た. In the composite material, the <s:1> velocity of the を伝 broadcast する wave, the <s:1> damage amount が increases, the えるに く れ れ is low, the <s:1> analysis results and the <s:1> experimental results are と good and く consistent. Youdaoplaceholder7 た ま た, こ の technology を も と に, mechanical ひ ず み の raised big に partner う rigid の rise を flavored し た new し い ヘ ル ス モ ニ タ リ ン グ gimmick を establish し た.

项目成果

N.Toyama, T.Okabe, N.Takeda, T.Kishi: "Effect of Transverse Cracks on Lamb Wave Velocity in CFRP Cross-plyLaminates"Journal of Materials Science Letter. 21. 271-273 (2002)

N.Toyama、T.Okabe、N.Takeda、T.Kishi：“CFRP 交叉层压板中横向裂纹对兰姆波速度的影响”材料科学通讯杂志。

T.Okabe, N.Takeda: "Elastoplastic shear-lag analysis of single-fiber composites and strength prediction of unidirectional multi-fiber composites"Composites : Part A. 33. 1327-1335 (2002)

T.Okabe、N.Takeda：“单纤维复合材料的弹塑性剪切滞后分析和单向多纤维复合材料的强度预测”复合材料：A 部分. 33. 1327-1335 (2002)

Z.Xia, W.A.Curtin, T.Okabe: "Green's function vs. Shear-lag model of damage and failure in fiber composites"Composites Science and Technology. 62. 1279-1288 (2002)

Z.Xia、W.A.Curtin、T.Okabe：“纤维复合材料损伤和失效的格林函数与剪切滞后模型”复合材料科学与技术。

K.Urabe, T.Okabe, H.Tsuda: "Monitoring of resin flow and cure with an electromagnetic wave transmission line using carbon fiber as conductive elements"Composites Science and Technology. 62. 791-797 (2002)

K.Urabe、T.Okabe、H.Tsuda：“使用碳纤维作为导电元件，通过电磁波传输线监测树脂流动和固化”复合材料科学与技术。

T.Okabe, N.Takeda: "Size effect on tensile strength of unidirectional CFRP composites-Experiment and Simulation"Composites Science and Technology. 62. 2053-2064 (2002)

T.Okabe、N.Takeda：“单向 CFRP 复合材料拉伸强度的尺寸效应 - 实验与模拟”复合材料科学与技术。