2019 Fiscal Year Research-status Report
Highly Accurate Real-time Impact Force Identification of Laminated Structures and Its Application to High-speed Impact Force Identification
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19K04069
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
亀山 正樹 信州大学, 学術研究院工学系, 准教授 (30302178)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
槙原 幹十朗 東北大学, 工学研究科, 教授 (60392817)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 複合材料 / 高速衝撃 / 衝撃荷重同定 / レーザ・アブレーション / 圧電センサ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、複合材構造に内蔵した圧電センサネットワークによる、異物の秒速200メートル程度までの低速～高速衝突を受ける複合材構造の実時間衝撃荷重同定法を開発し、複合材構造の安全性・信頼性の向上を図ることを目的としており、本研究において提案する、異物の高速衝突を受ける複合材構造の実時間衝撃荷重同定法の有効性について、数値シミュレーションに基づく検討を行った。
初めに、低速衝撃を受けるアルミニウム合金平板の衝撃荷重作用位置・荷重履歴同定シミュレーションを実施した。圧電ひずみセンサのセンサ応答と衝撃荷重を関連づける変換行列を決定する際に作用させる面外方向荷重の加振振動数が、同定対象となる面外方向荷重の加振振動数と同じ、もしくは高い場合に、精度良い荷重位置・履歴同定が可能であることが確認できた。
次に、高速衝撃を受けるアルミニウム合金平板の衝撃荷重履歴同定シミュレーションを実施した。変換行列を決定する際に作用させる面外方向荷重の加振振動数が、同定対象となる面外方向荷重の加振振動数と同じ、もしくは高い場合に、精度良い荷重履歴同定が可能であることが確認できた。しかし、変換行列を決定する際に作用させる面外方向荷重の加振振動数が、同定対象となる面外方向荷重の加振振動数に比べて非常に高い場合には、正解の荷重履歴を中心に振動する荷重履歴が同定結果として得られ、同定精度が低下することが確認できた。そのため、当該条件下において、衝撃荷重同定問題の不安定性を緩和する方法、および同定された荷重履歴が正解の荷重履歴を中心に振動することが損傷の有無の判断におよぼす影響、について、数値シミュレーション・実験に基づく検討が必要である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では、複合材構造に内蔵した圧電センサネットワークによる、異物の秒速200メートル程度までの低速～高速衝突を受ける複合材構造の実時間衝撃荷重同定法を開発することを目的としている。
令和元年度研究のうち、高速衝撃荷重の実時間同定法の構築、および実時間同定のためのプログラム作成については、「5. 研究実績の概要」において述べた通り、レーザ・アブレーションを用いた加振実験を想定したシミュレーションに基づく、センサ応答と高速衝撃荷重を関係づける変換行列の作成、さらには低速～高速衝撃荷重の作用位置・荷重履歴同定シミュレーションを実施し、提案する同定方法の有用性の確認や問題点の抽出がおおむねできている。また、レーザ・アブレーションを用いた加振実験に基づく実験的変換行列の作成に関する予備実験の実施については、段階的な実施を行っている。
一方、次年度計画のうち、低速～中速、ならびに高速衝撃荷重の作用位置・荷重履歴同定に関する予備実験の実施については、既に段階的な実施を開始している。
以上より、現在までにおおむね順調に進展していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究において提案する、異物の高速衝突を受ける複合材構造の実時間衝撃荷重同定法の有効性について、インパルスハンマ打撃、および落錘衝撃実験に基づく検討、さらには軽ガス銃を用いた衝撃実験に基づく検討を行う。レーザ・アブレーションを用いた加振実験に基づく、センサ応答と高速衝撃荷重を関係づける実験的変換行列の作成、ならびに低速～高速衝撃荷重の作用位置・荷重履歴同定実験を実施し、提案する同定方法の有効性を詳細に検証する。
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| Causes of Carryover |
当初計画で見込んだよりも安価に研究を進めてきたため、また、当初計画では令和元年度に国内出張を実施予定であったが令和2年度以降に実施することとしたため、次年度使用額が生じた。次年度の研究遂行に関連して、高速衝撃荷重の計測を目的としたロードセルの購入、衝撃荷重同定の対象となるアルミニウム合金平板試験片、CFRP積層板試験片の購入、圧電セラミック振動子（センサとして使用）、ひずみゲージの購入を行う。また、研究調査・実験実施・学会発表のための国内出張を行う。
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Research Products
(1 results)
