2007 Fiscal Year Annual Research Report
ラム波伝播解析に基づく複合材構造の高精度ヘルスモニタリングの研究
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19360045
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
胡 寧 Tohoku University, 大学院・工学研究科, 准教授 (60250685)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
福永 久雄 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50134664)
岡部 朋永 東北大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (50344164)
亀山 正樹 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教 (30302178)
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| Keywords | 損傷力学 / ヘルスモニタリング / ラム波 / 逆問題解析 / 波伝播解析 |
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| Research Abstract |
将来の高速車輌や航空機における構造の信頼性・安全性の一層の向上を図るためには、疲労や異物衝突による損傷を非破壊的・自動的かつ実時間で検出する構造ヘルスモニタリングが重要となる。本研究は、次世代高速車輌や航空機の安全な運行に不可欠な技術として、複合材構造の健全性を運行中に定量評価するラム波による高精度構造ヘルスモニタリング技術の開発を目的とする。そのため、本研究では、高精度ラム波伝播解析法と信号処理法を確立するとともに、複合材構造の損傷位置、損傷範囲と損傷形態を定量的に評価する手法を確立する。平成19年度において、実施した研究の成果を下記のように示す。
まず、積層複合材料における波伝播の特性を把握するため、Transfer Matrix法に基づいて、ラム波の分散特性(周波数と波伝播速度の関係)を解析した。また、高精度の波伝播数値解析を実現するため、得られたラム波の分散特性から抽出する周波数と波数の情報を用いて、一つ高精度・高効率の平面要素を構築し、この要素とスペクトル要素を組み合わせたハイブリッド解法を提案した。また、横き裂あるいははく離等の損傷を有する一次元積層はり問題などを解析し、損傷からの反射波の伝播挙動を高精度に解析した。さらに、CFRP積層板におけるラム波の伝播解析のため、上記の要素を二次元のMindlin板要素まで拡張した。当該板要素に、従来Mindlin板要素におけるShear Lockingの問題を克服ため、新たな変位場の構築を提案した。上記の要素の開発により、将来、損傷を有する複合材構造におけるラムの伝播特性、特に損傷からの反射波の特性の解明に大きな役を立つことは予想される。また、実験において、圧電アクチュエータとセンサを用いて、はく離を有する積層はりにおけるラム波を計測し、数値計算の有効性を確認したとともに、はく離からの反射波の到着時間の計測により、はく離の位置を高い精度で同定した。
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