2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Electromagnetic Induction Method Applicable for Detecting Weak Adhesive Bonds in CFRP
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20J21500
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
松永 航 京都大学, 工学研究科, 助教
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Keywords | 炭素繊維強化樹脂 / 接着接合 / 吸湿 / 電磁誘導試験 / 有限要素解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
炭素繊維強化樹脂 (CFRP)接着接合部に生じるウィークボンドを検出可能な電磁誘導試験 (EIT)を開発するために，本年度は有限要素法 (FEA)を用いて研究を進めた．
前年度までに吸湿試験で用いたCFRP接着継手及び測定で用いた励磁コイル，検出コイルを作製してFEAを実施した．前年度までの実験において，吸湿に伴いCFRPの厚さ，誘電率，導電率及び接着層の厚さ，誘電率が測定に影響を与えることが示唆されていた．そのため，本解析では，測定対象である誘電率以外のパラメータを変化させることで，それぞれがEITに与える影響を評価した．
解析結果より，接着層の誘電率の変化以外に，CFRPの厚さ，誘電率，導電率の変化が測定に顕著な影響を与えることを示した．そのため，前年度までの実験結果から示唆していた通り，吸湿したCFRP継手接着層に対してEITを適用した場合の出力には，接着層の誘電率変化，CFRPの厚さ，誘電率，導電率の変化の影響が含まれており，接着層の誘電率変化のみを測定するには課題があることを解析的に示した．
本研究においてCFRP継手接着層の吸湿率を測定するためには，これらの影響を区別する必要がある．そのために，本研究では，CFRP継手接着層に対してEITを適用した結果と，CFRPに対してEITを適用した結果を比較する簡易的な比較方法を提案した．本手法を用いることで，測定対象ではないCFRPの吸湿に伴う厚さ，誘電率，導電率の変化の影響を区別することができ，吸湿後期において，CFRP継手接着層の吸湿率を定性的に測定可能であることを示した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
現在までの研究の進捗状況において，本研究課題を設定するにあたり作製した研究実施計画と比較してやや遅れている
当初の計画では，2年目の段階において接着剤の硬化不良の検出に取り組む予定だったが，現状では接着剤の吸湿率の検出に留まっている．本研究の遅れの原因として，(1)前年度までの遅れの挽回できていない点，(2)FEAの時間的コストが大きい点が挙げられる．
(1)について，1年目に発生した新型コロナウイルスの感染拡大防止に伴う学内への入校禁止による実験の実施の制限が主な原因である．初年度からの測定対象である吸湿では，1つの試験片を飽和させるために，半年以上かかる試験を実施する必要がある．そのため，作業効率の向上による前年度までの遅れを挽回することが難しく，結果として1年目までの遅れを引き継いでしまっている状態である．
(2)について，本解析では，実験で適用している試験片と同一の寸法でフルスケールの解析を実施している．励磁コイル，検出コイルが上下，左右に非対称となっていることから，1/4モデル，もしくは1/2モデルを用いて解析を実施することが困難となってしまっている．そのため，1つのFEAを実施する上での時間的コストが増大しており，その一方で，多数の条件を変更させて解析を行う必要があった．以上により，FEAを実施する上での時間的コストの増大の影響により，研究計画がやや遅れる原因となった．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，CFRP継手接着層の吸湿率を定量的に評価可能な手法を構築する．
以上で述べた様に，本年度までにEITを用いてCFRP継手接着層の吸湿率を定性的に評価可能な手法を構築した．一方で，本研究の目的は，CFRP継手接着層のウィークボンドの検出であり，吸湿に伴うウィークボンドは吸湿の最初期で発生すると考えられる．現状の手法では，吸湿後半のCFRP継手接着層の吸湿率の定性的な評価に留まるため，実際のウィークボンドの検出に適用するには難しいと言える．
以上の問題を解決するために，差分法により拡散方程式を解くことでCFRP継手の吸湿のシミュレーションを実施する．本シミュレーションにより，実験では測定が困難であるCFRP継手の継手全体，CFRP及び接着層のそれぞれの吸湿率の変化を定量的に取得可能となる．CFRP継手全体の吸湿率とCFRP継手接着層の吸湿率の関係を取得し，CFRP継手にEITを適用した場合のEITの出力と組み合わせれば，EITの出力からCFRP継手接着層の吸湿率を定量的に評価することが可能となる．CFRP継手全体の吸湿率測定について，これまでの研究から吸湿初期でも吸湿率を測定可能であることが分かっているため，本手法を用いることで吸湿に伴うウィークボンドを検出できる可能性がある．
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