2011 Fiscal Year Annual Research Report
圧電素子を内蔵したCFRP構造のスマートセンシング・アクチュエーション
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23360376
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
福永 久雄 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50134664)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
胡 寧 千葉大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60250685)
亀山 正樹 信州大学, 工学部, 准教授 (30302178)
跡部 哲士 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教 (40586468)
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| Keywords | CFRP / 圧電素子 / センサ / アクチュエータ / スマート構造 / 構造ヘルスモニタリング / セミアクティブ制御 / セルフセンシング |
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| Research Abstract |
将来の航空宇宙機用CFRP構造の安全性と信頼性の一層の向上を図るためには、圧電素子を内蔵したスマート複合材構造の適用により、衝撃荷重により発生する損傷を自動的に検知する構造ヘルスモニタリング法を確立することが重要となる。また、運航中の構造振動を軽減するためには、圧電アクチュエータによる効果的制振を行うことが必要となる。本研究では、圧電センサ・アクチュエータを内蔵したCFRP複合材構造について、安全性と信頼性に優れた航空宇宙機用スマート構造の開発を目的とする。
本研究テーマは2つの研究項目からなり、本年度の研究成果は下記の通りである。
(I)衝撃荷重同定に基づく構造ヘルスモニタリング
1)弾性波を用いたCFRP補強パネルの衝撃荷重位置同定の高速化
PZTを板表面に貼付したCFRP積層板について、高周波弾性波の到達時間差に基づく位置同定法を開発するとともに、CFRP補強パネルの弾性波伝播速度の繊維配向角およびスキン部・補強材部の板厚依存性を考慮した高速の衝撃荷重位置同定法を開発した。
2)FRP複合容器の落錘衝撃試験データの取得
FRP複合容器の落錘衝撃試験データを取得して、損傷の有無による荷重履歴特性の相違を調べ損傷と荷重履歴の関係を明らかにした。
(II)セルフセンシング・セミアクティブ振動制御
アクチュエータの電圧計測によるセルフセンシング・セミアクティブ振動制御則を構築し、CFRP積層板について、モード別多モード振動制御実験を行い本手法の有効性を検証した。
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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
当初予定していた主要な研究項目のうち、「弾性波を用いたCFRP補強パネルの衝撃荷重位置同定の高速化」および「セルフセンシング・セミアクティブ振動制御」については、当初計画通りに順調に研究成果が得られている。一方、「CFRP補強パネルの落錘衝撃試験データの取得」については試験片が高価で多数の試験を行うことが困難なため、同様の損傷形態を有するFRP複合容器について試験を行い、衝撃荷重履歴同定および損傷と荷重履歴の関係を明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
「衝撃荷重同定に基づく構造ヘルスモニタリング」に関しては、CFRP補強パネルの衝撃荷重位置同定法について、さらに高精度化と高速化を図る。また、FRP・FW複合容器の落錘衝撃試験によりさらにデータ蓄積を進め、衝撃損傷特性(衝撃エネルギと最大衝撃荷重の関係、衝撃荷重と損傷面積の関係)を明らかにする。また、「セルフセンシング・セミアクティブ振動制御」では、CFRP積層板の多モード振動制御実験を行い、本手法の有効性を示すとともに、CFRP補強パネルでの振動制御実験でも検証する。
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