圧電高分子薄膜ゲージを用いた疲労き裂検出機能付与による材料の知能化

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11555037
• Research Institution: Tokyo National College of Technology
• Principal Investigator: 黒崎 茂 東京工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (70042710)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高橋 三男 東京工業高等専門学校, 物質工学科, 助教授 (40197182) ; 清水 昭博 東京工業高等専門学校, 機械工学科, 助教授 (90149914) ; 吉村 靖夫 東京工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (20042682)
• Keywords: 圧電センサー / 知能材料 / ポリフッカビニリデン / 実験応力解析 / 疲労き裂伝播 / ひずみゲージ / 応力集中

Research Abstract

圧電高分子薄膜ゲージ(ポリフッカビニリデン(以下PVDF))は、力を加えることにより大きな出力電圧を発生する。このため、計測系に増幅アンプを必要としない。このような性質を利用して、材料自らが疲労き裂発生伝播をひずみ検知ができれば、材料の損傷検出の知能化にもつながる。
上記に示した圧電性の性質を利用して、平成12年度では下記の目的で研究を行った。
(1)圧電高分子薄膜ゲージを用いての疲労き裂伝播測定実験の実施。
疲労き裂伝播測定において、圧電高分子薄膜ゲージとクラックゲージとの結果が一致することを実験的に示した。すなはち圧電高分子薄膜ゲージが、疲労き裂伝播測定に使用できることが証明された。さらに繰返し荷重条件を変えることにより、PVDFゲージの出力電圧がどのように変わるか実験的に調べた。使用した試験片は、前年度同様CT試験片を用いた。
(2)圧電高分子薄膜ゲージの出力電圧から疲労き裂長さの算出方法の開発
平成12年度は、さらに圧電高分子薄膜ゲージの出力電圧から、疲労き裂長さを計算する方法を開発した。すなはち繰返し荷重の荷重振幅を各種変え、圧電高分子薄膜の出力電圧を実験から求め換算式によりき裂長さを求める実験式を提案し、応力ひずみシンポに発表した。
(3)疲労き裂伝播検出ゲージの開発
円孔縁等の応力集中部近傍から発生した疲労き裂の発生を、検知することを想定したクラックゲージを開発した。クラックゲージの形状は、圧電高分子薄膜を円孔曲率に適合する形状にカットして製作した。疲労き裂長さの実測値と本研究で開発したクラックゲージとでよい一致をみた。
(4)圧電高分子薄膜によるひずみ測定法の開発
圧電高分子薄膜を使い、ひずみゲージを作成し、ひずみ測定を試みた。圧電高分子薄膜の基礎式から、ひずみ解析式を導いた。実験を行い実際のひずみゲージと比較した結果、両者とも同様な傾向が得られた。

Research Products

• [Publications] 近藤陽星,黒崎茂,楠田昌之: "圧電高分子薄膜センサーを用いたひずみ測定法"応力・ひずみ測定と強度評価シンポジウム論文集. 32. 111-116 (2001)
• [Publications] 鈴木輝実,黒崎茂,楠田昌之: "圧電高分子薄膜センサーを用いた疲労伝播き裂のモニタリング(第3報 センサー出力電圧からのき裂長さ予測)"応力・ひずみ測定と強度評価シンポジウム論文集. 32. 117-122 (2001)
• [Publications] 黒崎茂,打田博,楠田昌之: "圧電高分子薄膜フィルムを用いた疲労き裂伝播に関するモニタリング"日本非破壊検査協会平成12年度秋季大会講演概要集. 81-84 (2000)
• [Publications] 黒崎茂,楠田昌之: "圧電性高分子薄膜フィルムによる定常繰返し負荷時の動ひずみ測定法"日本機械学会2000年度年次大会講演論文集. 3. 191-192 (2000)