形状記憶合金織物を積層したスマート複合材料のセンシングと損傷モニタリング

織物複合材料などテキスタイル複合材料に形状記憶合金(TiNi)細線を機能繊維として加え,複合材料にセンシング機能とアクチュエーション機能を与えることにより,外界からの刺激や負荷をトリガーとして自律的に形状や特性を変化することのできる機能複合材料システムを創成することを目的として研究を行った.(1)線径0.2mmの常温マルテンサイトの形状記憶合金線(SME線)を用いて縦横2mm間隔の平織構造を作成し,エポキシ樹脂層,カーボン織物と共に積層して板厚2mmの積層板を作成した.完成した供試体を120℃まで加熱して炉から取り出し,室温内で冷却しながらインパクト加振法により1次の固有振動数(自由支持)を調べた.固有振動数の温度依存性を整理した結果,形状記憶合金の相変態による剛性上昇によって,高温時における母材の軟化による剛性低下を抑制できることがわかった.(2)形状記憶合金織物の織糸をひずみセンサとするひずみセンシングの検討を行った。長手方向にSME線を埋め込んだ片持ちはりにおいて振動実験を行い,先端のたわみに比例する抵抗変化が得られることを確認した.(3)物体の衝突に対して変形することによって衝撃エネルギ吸収を行うと同時に,センシング機能によって衝突を検出し,衝突後アクチュエーション機能によって元の形状を回復する能力を持ったスマート緩衝構造の試作を行った.SME線および超弾性線(PE線)を異なる配合比で織り交ぜた平織物を3種作成し,周囲を枠に固定して中央をハンマで打撃することにより,衝撃吸収性能の評価を行った.また,織物の横糸をひずみセンサとして用いることにより衝撃力の検出を行い,それをトリガとして加熱により形状回復することを試みた.その結果,衝撃力の有無の検出と加熱による形状回復が可能なこと,SME線とPE線の配合比を調節することによって緩衝特性を制御することが可能なことがわかった.

織物複合材料などテキスタイル複合材料に形状記憶合金(TiNi)細線を機能繊維として加え,複合材料にセンシング機能とアクチュエーション機能を与えることにより,外界からの刺激や負荷をトリガーとして自律的に形状や特性を変化することのできる機能複合材料システムを創成することを目的として研究を行った.(1)線径0.2mmの常温マルテンサイトの形状記憶合金線(SME線)を用いて縦横2mm間隔の平織構造を作成し,エポキシ樹脂層,カーボン織物と共に積層して板厚2mmの積層板を作成した.完成した供試体を120℃まで加熱して炉から取り出し,室温内で冷却しながらインパクト加振法により1次の固有振動数(自由支持)を調べた.固有振動数の温度依存性を整理した結果,形状記憶合金の相変態による剛性上昇によって,高温時における母材の軟化による剛性低下を抑制できることがわかった.(2)形状記憶合金織物の織糸をひずみセンサとするひずみセンシングの検討を行った。長手方向にSME線を埋め込んだ片持ちはりにおいて振動実験を行い,先端のたわみに比例する抵抗変化が得られることを確認した.(3)物体の衝突に対して変形することによって衝撃エネルギ吸収を行うと同時に,センシング機能によって衝突を検出し,衝突後アクチュエーション機能によって元の形状を回復する能力を持ったスマート緩衝構造の試作を行った.SME線および超弾性線(PE線)を異なる配合比で織り交ぜた平織物を3種作成し,周囲を枠に固定して中央をハンマで打撃することにより,衝撃吸収性能の評価を行った.また,織物の横糸をひずみセンサとして用いることにより衝撃力の検出を行い,それをトリガとして加熱により形状回復することを試みた.その結果,衝撃力の有無の検出と加熱による形状回復が可能なこと,SME線とPE線の配合比を調節することによって緩衝特性を制御することが可能なことがわかった.