電気抵抗変化による損傷検出知的CFRP構造の最適システム開発

CFRP積層板は優れた比剛性・比強度を有する反面,層間強度が著しく弱く,層間剥離が容易に発生・進展して圧縮剛性・強度が著しく低下する.層間剥離は目視による検査では発見しにくいため,CFRP積層板の信頼性低下の原因となっている.このため,層間剥離をリアルタイムに検出するスマート損傷検出システムが期待されている.電気ポテンシャル法は安価に内部の欠陥を発見・同定可能なため,金属材料で作成される構造物に適用が検討されている.CFRP積層板に電気ポテンシャル法を適用することは炭素繊維をセンサーとして使用する方法であり,安価で実用性が高いが,CFRPは電気的に異方性を有しており,十分な検討が必要である.本研究では,CFRP積層板の電気ポテンシャル法による層間剥離検出を目的として有限要素法に基づく解析的検討を実施した.繊維方位と繊維に直角方位の電気伝導度は大きく異なり,厚さ方位の電気伝導度は直角方位とほぼ同じかさらに低い値となっていることが実測により明らかになった.この実測値に基づき,有限要素法による解析を実施した結果,繊維方位に電流が流れる試験片の場合,表面の繊維だけを電流が流れるため,厚さ方位の断面積の変化(はく離の発生)の検出が困難となることがあきらかになった.ただし,この変化は繊維に直角方位の電気伝導度と厚さ方位の電気伝導度の差異に起因して著しくことなり,差異が大きい場合には,逆に表面を繊維中に電流が流れる方位に試験片を作成した場合の方が検出しやすくなることが明らかになった.

CFRP積層板は優れた比剛性・比強度を有する反面,層間強度が著しく弱く,層間剥離が容易に発生・進展して圧縮剛性・強度が著しく低下する.層間剥離は目視による検査では発見しにくいため,CFRP積層板の信頼性低下の原因となっている.このため,層間剥離をリアルタイムに検出するスマート損傷検出システムが期待されている.電気ポテンシャル法は安価に内部の欠陥を発見・同定可能なため,金属材料で作成される構造物に適用が検討されている.CFRP積層板に電気ポテンシャル法を適用することは炭素繊維をセンサーとして使用する方法であり,安価で実用性が高いが,CFRPは電気的に異方性を有しており,十分な検討が必要である.本研究では,CFRP積層板の電気ポテンシャル法による層間剥離検出を目的として有限要素法に基づく解析的検討を実施した.繊維方位と繊維に直角方位の電気伝導度は大きく異なり,厚さ方位の電気伝導度は直角方位とほぼ同じかさらに低い値となっていることが実測により明らかになった.この実測値に基づき,有限要素法による解析を実施した結果,繊維方位に電流が流れる試験片の場合,表面の繊維だけを電流が流れるため,厚さ方位の断面積の変化(はく離の発生)の検出が困難となることがあきらかになった.ただし,この変化は繊維に直角方位の電気伝導度と厚さ方位の電気伝導度の差異に起因して著しくことなり,差異が大きい場合には,逆に表面を繊維中に電流が流れる方位に試験片を作成した場合の方が検出しやすくなることが明らかになった.