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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

Research Project

Project/Area Number 18760605
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Aerospace engineering
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

岡部 洋二  The University of Tokyo, 生産技術研究所, 准教授 (90313006)

Project Period (FY) 2006 – 2007
Project Status Completed (Fiscal Year 2007)
Budget Amount *help
¥3,500,000 (Direct Cost: ¥3,500,000)
Fiscal Year 2007: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2006: ¥1,600,000 (Direct Cost: ¥1,600,000)
Keywords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
Research Abstract

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。

Report

(2 results)
  • 2007 Annual Research Report
  • 2006 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2008 2007 2006

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (4 results)

  • [Journal Article] Segment-wise modelfor theoretical simulation of barely visible indentation damage in composite sandwich beams: Part I-Formulation2008

    • Author(s)
      S. Minakuchi, Y. Okabe, and N. Takeda
    • Journal Title

      Composites Part A 39(1)

      Pages: 133-144

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Segment-wise mode1for theoretical simulation of barely visible indentation damage in composite sandwich beams: Part II-Experimental verification and discussion2007

    • Author(s)
      S. Minakuchi, Y. Okabe, and N. Takeda
    • Journal Title

      Composites Part A 38(12)

      Pages: 2443-2450

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Real-time detection of debonding between honeycomb core and facesheet using a small-diameter FBG sensor embedded in adhesive layer2007

    • Author(s)
      S.Minakuchi, Y.Okabe, N.Takeda
    • Journal Title

      Journal of Sandwich Structures & Materials 9(2)

      Pages: 9-33

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] 損傷検知・形状回復能力を有する知的ハニカムサンドイッチパネルの構築2007

    • Author(s)
      岡部洋二, 水口周, 白石伸夫, 村上賢, 武田展雄
    • Journal Title

      日本複合材料学会誌 33(1)

      Pages: 30-37

    • NAID

      10023982429

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Smart Composite Sandwich Structures for Future Aerospace Application -Damage Detection and Suppression- : a Review2007

    • Author(s)
      N.Takeda, S.Minakuchi, Y.Okabe
    • Journal Title

      Journal of Solid Mechanics and Materials Engineering 1(1)

      Pages: 4-17

    • NAID

      130000076019

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] CFRPサンドイッチパネルの衝撃損傷のSMA箔ハニカムコアによる修復2006

    • Author(s)
      岡部洋二, 水口周, 村上賢, 白石伸夫, 武田展雄
    • Journal Title

      実験力学 6(2)

      Pages: 152-168

    • NAID

      10018147207

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of SMA Honeycomb Sandwich Panel with Recovery Function for Impact Damage2007

    • Author(s)
      Y. Okabe, S. Minakuchi, N. Shiraishi, and N. Takeda
    • Organizer
      10th Japan International SAMPE Symposiu & Exhibition (JISSE-10)
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2007-11-30
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] PPP-BOTDAの不均-ひずみに対する応答を利用したサンドイッチ構造の衝撃損傷検知2007

    • Author(s)
      水口周, 岡部洋二, 武田展雄
    • Organizer
      第49回構造強度に関する講演会
    • Place of Presentation
      福島
    • Year and Date
      2007-07-25
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] Barely visible impact damage detection in sandwich structures usingnon-uniform stain along optical fiber sensors2007

    • Author(s)
      S. Minakuchi, Y. Okabe, and N. Takeda
    • Organizer
      The Sixteenth International Conference on Composite Materials (ICCM-16)
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2007-07-09
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] FBGセンサを用いたサンドイッチパネルの衝撃損傷検知2007

    • Author(s)
      岡部洋二, 水口周, 武田展雄
    • Organizer
      第6回構造物の安全性・信頼性に関する国内シンポジウムJCOSSAR 2007
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2007-06-21
    • Related Report
      2007 Annual Research Report

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Published: 2006-04-01   Modified: 2016-04-21  

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