ＣＦＲＰ接合構造におけるコーナ欠陥とキッシングボンドの検出

本研究は炭素繊維強化プラスチック（CFRP）を接合した構造物における非破壊検査法に関する研究である．このような接合構造を作製する際には，CFRP部材が複雑な形状となる場合がある．CFRPは母材である樹脂の中に炭素繊維を含む材料であるが，この炭素繊維が連続繊維である場合，CFRPは繊維方向に対する方向によって材料特性が異なる異方性材料となる．CFRPの非破壊検査手法の代表的なものには，超音波の伝搬を用いる超音波探傷法やアコースティック・エミッション法などがあるが，異方性材料中を伝搬する超音波挙動には異方性が生じる．さらにCFRP部材が複雑形状となって，繊維が直線形状ではなく曲率を有する形状である場合，超音波伝搬挙動は繊維の曲率の影響を受ける．本研究ではまず，繊維の曲率が超音波伝播挙動に与える影響を調べるために，有限差分法に基づく数値シミュレーションと，レーザー超音波可視化装置による可視化実験を行った．これによって，曲率を有する繊維を持つCFRPを伝搬する超音波挙動において生じる波面形状のゆがみについて調べた．さらに，このような数値シミュレーションと実験結果に基づき，波面形状のゆがみについての定式化を試みた．曲率を有する繊維を持つCFRPの中でも，特に同心円形状に曲率を有する繊維をもつCFRPについて着目し，２次元的に伝搬するバルク波の挙動について調べた．この伝搬挙動について，半径と時間と代表的な群速度の値からなる無次元数を定義し，この無次元数に則って，波面形状が相似形になることを示した．これについて，支配方程式に基づく証明を行った．さらに3Dプリンタを用いて同心円形状に曲率を有する繊維を持つCFRPの試験片を作製し，レーザー超音波可視化装置を用いて，相似則が成立するかどうかを調べた．実験の結果，実際の可視化実験においても相似則が成立することを示した．

本研究は炭素繊維強化プラスチック（CFRP）を接合した構造物における非破壊検査法に関する研究である．このような接合構造を作製する際には，CFRP部材が複雑な形状となる場合がある．CFRPは母材である樹脂の中に炭素繊維を含む材料であるが，この炭素繊維が連続繊維である場合，CFRPは繊維方向に対する方向によって材料特性が異なる異方性材料となる．CFRPの非破壊検査手法の代表的なものには，超音波の伝搬を用いる超音波探傷法やアコースティック・エミッション法などがあるが，異方性材料中を伝搬する超音波挙動には異方性が生じる．さらにCFRP部材が複雑形状となって，繊維が直線形状ではなく曲率を有する形状である場合，超音波伝搬挙動は繊維の曲率の影響を受ける．本研究ではまず，繊維の曲率が超音波伝播挙動に与える影響を調べるために，有限差分法に基づく数値シミュレーションと，レーザー超音波可視化装置による可視化実験を行った．これによって，曲率を有する繊維を持つCFRPを伝搬する超音波挙動において生じる波面形状のゆがみについて調べた．さらに，このような数値シミュレーションと実験結果に基づき，波面形状のゆがみについての定式化を試みた．曲率を有する繊維を持つCFRPの中でも，特に同心円形状に曲率を有する繊維をもつCFRPについて着目し，２次元的に伝搬するバルク波の挙動について調べた．この伝搬挙動について，半径と時間と代表的な群速度の値からなる無次元数を定義し，この無次元数に則って，波面形状が相似形になることを示した．これについて，支配方程式に基づく証明を行った．さらに3Dプリンタを用いて同心円形状に曲率を有する繊維を持つCFRPの試験片を作製し，レーザー超音波可視化装置を用いて，相似則が成立するかどうかを調べた．実験の結果，実際の可視化実験においても相似則が成立することを示した．