高速輸送システム経年構造の再新生補修とスマート化

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14205138
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 関根 英樹 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20005359)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 亀山 正樹 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (30302178) ; 横堀 壽光 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00124636) ; 福永 久雄 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50134664)
• Keywords: 高速輸送システム経年構造 / 構造安全性 / 再生補修技術 / 複合材パッチ接着補修 / スマート化 / 損傷拡大予測手法 / 損傷同定

Research Abstract

設計段階での構造寿命を迎える高速輸送システム経年構造の安全性を保証するための革新的技術開発の気運が高まってきている.本研究では,微小な疲労損傷が生じた高速輸送システム経年構造を軽量でかつ高強度の繊維強化複合材パッチで補修し,その補修構造にセンシング機能およびアクチュエーション機能を付与することによって,新規構造と同等の構造安全性を与えるスマート補修構造工学を確立する.そのために本年度は,損傷の拡大進展の予測手法および損傷の実時間同定手法の研究を実施した.
1.損傷の拡大進展の予測手法
貫通疲労き裂を有する高速輸送システム経年構造アルミニウムパネルを片面からGFRP複合材パッチで接着補修したモデルを対象として,応力特異性を正確に表わすことのできる特異要素を導入した高精度三次元FEMを開発し,き裂およびパッチとパネル間の損傷の拡大進展の予測手法の検討を行った.さらに,圧電繊維内蔵アクチュエータ層を挿入した複合材パッチによる接着補修を考え,アクチュエータ層の駆動によるき裂進展速度の低下について理論的な検討を行い,アクチュエータ層の駆動により効果的にき裂進展速度を低下させることができるアクチュエータ層の大きさや駆動位置を明らかにした.
2.損傷の実時間同定手法
ひずみ誤差ノルムを最小とする非線形計画法による最適化法を用いて,複合材パッチ内のひずみの計測情報より,き裂およびはく離の位置,形状,大きさを実時間で同定する手法を検討した.

Research Products

• [Publications] 藤元伸悦: "FRP複合材パッチで接着補修されたアルミニウム合金パネル内を進展するき裂の同定"日本複合材料学会2002年度研究発表講演会予稿集. 25-26 (2002)
• [Publications] 藤元伸悦: "圧電繊維内臓アクチュエータ層を挿入した複合材パッチによって接着補修されたき裂を有する矩形構造パネルにおけるアクチュエータ層の駆動による応力緩和の検討"日本機械学会東北支部八戸地方講演会講演論文集. 021・2. 71-72 (2002)
• [Publications] 藤元伸悦: "圧電繊維内臓アクチュエータ層を挿入した複合材パッチによって接着補修されたき裂を有する矩形航空機構造パネルにおけるアクチュエータ層の駆動によるき裂進展速度の低下"第14回日本MRS学術シンポジウム要旨集. 93 (2002)