損傷検知・回復能力を有したスマートサンドイッチパネルの構築

具有损伤检测和恢复能力的智能夹芯板的构建

• 批准号: 18760605
• 负责人: 岡部 洋二
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18760605/
• 关键词: サンドイッチパネル; ハニカムコア; 炭素繊維強化プラスチック; 衝撃損傷; 光ファイバセンサ; 形状記憶合金; 知的構造材料; ヘルスモニタリング

航空宇宙分野で広く使用されている、表皮が炭素繊維強化プラスチック(CFRP)でコアが金属ハニカムのサンドイッチ構造に対して、自己損傷検知と自己損傷修復の機能を付与することを研究目的とする。まず損傷の検知に関しては、昨年度まではFBGセンサを用いてきたが、本年度では新たな光ファイバセンサ技術として、Pulsed Pre-pump Brillouin Optical Time Domain Analysis (PPP-BOTDA)と呼ばれる手法を導入した。これにより、サンドイッチパネルの接着層内に格子状に張り巡らした光ファイバに対して、空間分解能10cmでのひずみ分布を計測可能となるとともに、その各10cmの領域内に、衝撃損傷に伴う不均一ひずみが発生したかどうかをブリルアンスペクトルの幅の広がりから検出可能となる。そこで、昨年度に構築した、サンドイッチパネルの衝撃荷重による変形挙動を再現できる簡便な理論式を用い、衝撃損傷による表皮のくぼみに沿った不均一ひずみ場を計算して、PPP-BOTDAの応答をシミュレーションした。その結果、ブリルアンスペクトルの変化を用いることで、目視発見が困難な大きさの衝撃損傷でさえも検知できることがわかった。そこで実際のサンドイッチパネル内に5cm間隔で光ファイバセンサ網を形成し、実証実験を行ったところ、その衝撃損傷検知手法の高い有効性が示された。次に損傷修復に関しては、昨年度、SMAハニカムコアを加熱することで、衝撃損傷を修復できるとともに、力学的特性も十分に回復することが確認できている。そこで本年度は、その基礎実験としてSMAハニカム単体に一様な面外圧縮荷重を与え、その変形と回復挙動を厳密に調べた。その結果、コア壁面の座屈は加熱によってほぼ修復でき、面外強度は約半分まで低下するが、面外剛性はほぼ元の値に回復できることがわかった。さらに、このコアの変形挙動は、有限要素解析によっても確認することができた。

Aerospace eset で hiroo く use さ れ て い る, skin が carbon 繊 d strengthen プ ラ ス チ ッ ク (CFRP) で コ ア が metal ハ ニ カ ム の サ ン ド イ ッ チ tectonic に し seaborne て, damage 検 know と themselves damage repair function of の を give す る こ と を research purpose と す る. ま ず damage の 検 know に masato し て は, yesterday's annual ま で は FBG セ ン サ を with い て き た が, this year's で は new た な light フ ァ イ バ セ ン サ technology と し て, Pulsed Pre - pump Brillouin Optical Time Domain Analysis (PPP-BOTDA)と call ばれる technique を import ばれる た. こ れ に よ り, サ ン ド イ ッ チ パ ネ ル の then intraformational に grid に zhang り cruise ら し た light フ ァ イ バ に し seaborne て, space decomposition to 10 cm で の ひ ず を み distribution measuring may と な る と と も に, そ の each 10 cm の に に, strong shock injury within the territory with う heterogeneity ひ ず み が 発 raw し た か ど う か を ブ リ ル ア ン ス ペ ク ト ル の の picture his design Youdaoplaceholder0 ら検 is likely to be となる. そ こ で, yesterday's annual に build し た, サ ン ド イ ッ チ パ ネ ル の blunt shock load に よ る - shaped 挙 dynamic を reappearance で き る simple type を な theory with い, strong shock damage に よ る epidermis の く ぼ み に along っ た heterogeneity ひ ず を み field し て, the PPP - BOTDA の 応 answer を シ ミ ュ レ ー シ ョ ン し た. そ の results, ブ リ ル ア ン ス ペ ク ト ル の variations change を with い る こ と で な difficult see, visual 発 が き さ の blunt shock damage で さ え も 検 know で き る こ と が わ か っ た. そ こ で be interstate の サ ン ド イ ッ チ パ ネ ル に within 5 cm intervals で light フ ァ イ バ セ ン サ network を し, be be 験 を line っ た と こ ろ, そ の blunt shock damage 検 known technique の high い have sharper sex が shown さ れ た. Time に damage repair に masato し て は, last year, SMA ハ ニ カ ム コ ア を heating す る こ と で, strong shock damage を repair で き る と と も に, mechanics characteristics of も reply very に す る こ と が confirm で き て い る. そ こ で は this year, そ の basis be 験 と し て SMA ハ ニ カ ム 単 body に others な 圧 outside surface indentation load を and え そ の reply - shaped と 挙 dynamic を 厳 dense に adjustable べ た. そ の results, コ ア wall の seat flexor は heating に よ っ て ほ ぼ repair で き, surface strength は approximately half ま low で す る が, outside surface rigidity は ほ ぼ yuan の numerical に reply で き る こ と が わ か っ た. Youdaoplaceholder0, <s:1> コア コア コア <s:1> deformation 挙 motion <e:1>, finite element analysis によって によって confirmation する とがで とがで た た.

项目成果

Real-time Detection of Debonding between Honeycomb Core and Facesheet using a Small-diameter FBG Sensor Embedded in Adhesive Layer

• DOI: 10.1177/1099636207064457
• 发表时间: 2007-01
• 期刊: Journal of Sandwich Structures & Materials
• 影响因子: 3.9
• 作者: S. Minakuchi;Y. Okabe;N. Takeda

Development of SMA Honeycomb Sandwich Panel with Recovery Function for Impact Damage

具有冲击损伤恢复功能的SMA蜂窝夹芯板的开发

• 发表时间: 2007
• 作者: Y. Okabe;S. Minakuchi;N. Shiraishi;and N. Takeda
• 通讯作者: and N. Takeda

Segment-wise mode1for theoretical simulation of barely visible indentation damage in composite sandwich beams: Part II-Experimental verification and discussion

复合材料夹层梁中几乎不可见压痕损伤的分段模式1：第二部分-实验验证和讨论

• 发表时间: 2007
• 期刊: Composites Part A 38(12)
• 作者: S. Minakuchi;Y. Okabe;and N. Takeda
• 通讯作者: and N. Takeda

"Segment-wise model" for theoretical simulation of barely visible indentation damage in composite sandwich beams: Part I - Formulation

• DOI: 10.1016/j.compositesa.2007.08.014
• 发表时间: 2008-01-01
• 期刊: COMPOSITES PART A-APPLIED SCIENCE AND MANUFACTURING
• 影响因子: 8.7
• 作者: Minakuchi, Shu;Okabe, Yoji;Takeda, Nobuo
• 通讯作者: Takeda, Nobuo

Barely visible impact damage detection in sandwich structures usingnon-uniform stain along optical fiber sensors

使用沿光纤传感器的不均匀染色检测夹层结构中几乎不可见的冲击损伤

• 发表时间: 2007
• 作者: S. Minakuchi;Y. Okabe;and N. Takeda
• 通讯作者: and N. Takeda