先進複合材料フェールセーフ構造中に発生した部材損傷の位置同定手法の確立

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これまで要素技術レベルでの検討が進んできた構造ヘルスモニタリングの実構造レベルの適用のため、申請者はCFRPを用いた既存の構造のうち、これまで自身が習得していた要素技術であるFBGセンサを用いるのに最も相応しいものとして、CFRPグリッド構造を選択し、このヘルスモニタリングを研究している。CFRPグリッド構造は、その製造の難しさから、特定用途にのみ特化して製作されてきた。そのため、損傷形態すら満足に解明されていない。そこで前年度の低速衝撃試験の結果に基づき、さらに詳細な検討として、押込み荷重下での損傷の発生挙動を詳細に調べた。そして、損傷パターンおよび発生順序を、衝突物のサイズ、グリッドの設計変数、衝撃位置により分類した。続いて、以上で検討した各損傷について、実験および解析を用いて、損傷発生によってどのようなひずみの変化が出るのかを再整理した。その際、検査荷重としては面外一点集中荷重と面内圧縮荷重の二通りを想定し、統計的異常値診断手法を基準として、各損傷と検査荷重をどのように組み合わせると損傷が検知できるのかを明らかにした。更に、FBGセンサを用いた弾性波計測による損傷検知方法についても新たに検討した。まず、CFRPグリッド構造中を伝播する弾性波についての基礎的検討を行った。そして、得られた結果を元に決定された弾性波を用いて、新たな損傷診断手法を構築した。この方法では、前述のひずみ計測による損傷診断手法と異なり、基準データ不要で損傷診断を行うことができるという利点がある。これを実際に多点化したFBGセンサを埋め込んだCFRPグリッド構造を作成して、これに擬似損傷を与え、提案したヘルスモニタリング手法を使って損傷が検知できるかどうか実験した。その結果、損傷の有無を正確に割り出すことに成功し、損傷位置も大まかに推定できることがわかった。