細径FBGセンサの位相情報を利用した複合材料中に生ずる亀裂の位置同定に関する研究

光ファイバブラッググレーティング(FBG)による構造ヘルスモニタリングの研究例では、大多数がこのブラッグ波長の変化に注目したものである。しかしながら、複合材料の微視的損傷を検出することを考える場合、ブラッグ波長のシフトのみを測定するだけでは実現は難しい。なぜならば、微視的損傷周りでは応力集中によって不均一な応力場が発生し、ブラッグ波長が不規則に変化してしまうためである。また、積層板内部の損傷状態を推定する場合、ブラッグ波長はグレーティング区間内の平均的なひずみの影響を受けるため、定量的な評価は難しい。そこで、本研究では逆に不均一な応力場によって受ける影響を活用して、材料内に発生する微視的損傷を検出する手法を提案した。さらにこのトランスバースクラック検出手法を応用して、逆散乱法を利用したトランスバースクラック発生位置の同定手法を提案し、数値解析および実験を行った。ここでは、逆散乱法を離散化されたFBGの解析モデルに適用し、モード結合定数を再構築する手法を示した。そして、再構築されたモード結合定数の位相項の空間微分が不均一なひずみ分布と関係していることを示し、その分布から損傷位置を同定する手法を提案した。そして、実測した複素反射光スペクトルに対して逆散乱法を適用し、モード結合定数を再構築し、積層板中のトランスバースクラック発生位置の同定を試みた。まずは、積層板に埋め込んでいないアポダイズドFBGに対して逆散乱法を適用した結果、アポダイゼーション形状を再現することができた。しかしながら、積層板に埋め込んだ細径FBGでは複屈折による影響から、逆散乱法による損傷位置同定が困難であることがわかった。そこで複屈折の影響を考慮しない複素反射光スペクトルを数値計算によって求め、逆散乱法を適用した。その結果、トランスバースクラック位置の同定が可能であることを示した。

光ファイバブラッググレーティング(FBG)による構造ヘルスモニタリングの研究例では、大多数がこのブラッグ波長の変化に注目したものである。しかしながら、複合材料の微視的損傷を検出することを考える場合、ブラッグ波長のシフトのみを測定するだけでは実現は難しい。なぜならば、微視的損傷周りでは応力集中によって不均一な応力場が発生し、ブラッグ波長が不規則に変化してしまうためである。また、積層板内部の損傷状態を推定する場合、ブラッグ波長はグレーティング区間内の平均的なひずみの影響を受けるため、定量的な評価は難しい。そこで、本研究では逆に不均一な応力場によって受ける影響を活用して、材料内に発生する微視的損傷を検出する手法を提案した。さらにこのトランスバースクラック検出手法を応用して、逆散乱法を利用したトランスバースクラック発生位置の同定手法を提案し、数値解析および実験を行った。ここでは、逆散乱法を離散化されたFBGの解析モデルに適用し、モード結合定数を再構築する手法を示した。そして、再構築されたモード結合定数の位相項の空間微分が不均一なひずみ分布と関係していることを示し、その分布から損傷位置を同定する手法を提案した。そして、実測した複素反射光スペクトルに対して逆散乱法を適用し、モード結合定数を再構築し、積層板中のトランスバースクラック発生位置の同定を試みた。まずは、積層板に埋め込んでいないアポダイズドFBGに対して逆散乱法を適用した結果、アポダイゼーション形状を再現することができた。しかしながら、積層板に埋め込んだ細径FBGでは複屈折による影響から、逆散乱法による損傷位置同定が困難であることがわかった。そこで複屈折の影響を考慮しない複素反射光スペクトルを数値計算によって求め、逆散乱法を適用した。その結果、トランスバースクラック位置の同定が可能であることを示した。