2022 Fiscal Year Annual Research Report
Visualization of defects in CFRP by electromagnetic camera system based on LC resonance between carbon fibers and resin
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22H01352
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
内一 哲哉 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (70313038)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
武田 翔 東北大学, 流体科学研究所, 助教 (10826225)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 非破壊評価 / 複合材料 / CFRP / 電磁特性 / 炭素繊維 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，CFRPの炭素繊維-樹脂間のLC共振現象に着目し，炭素繊維に流れる誘導電流と樹脂における変位電流が競合する周波数帯域ににおいて繊維と樹脂の構造を可視化する電磁カメラシステムを提案する．このために，令和4年度には下記に示すCFRPの電磁モデルを検討し，炭素繊維と樹脂の構造を可視化する電磁カメラシステムを構成する要素システム構築を行った．
LC共振周波数帯におけるCFRPの不均質構造と異方性についての電磁特性モデルの検討を行うために，繊維束と樹脂のミクロ構造に基づく有限要素解析を実施した．具体的には，複数の繊維束と樹脂から構成する単位セルを考え，電磁場有限要素解析を行い，周波数応答を解析し, 炭素繊維-樹脂間のLC共振現象についてシミュレーションを行った．繊維密度（樹脂密度），繊維接触抵抗，異方性，をパラメータに解析を行うとともに，単純な複合則の解析解と比較しながら，有限要素解析の検証と現象の理解を行った．
周波数可変のコイルプローブを試作し，インピーダンスアナライザを用いて電磁カメラシステムの構成要素を構築した．また，本システムを用いて単層CFRP試験片を測定し，上述の電磁特性モデルとの比較を来ない，予備的な検討を行った．また，次年度以降に電磁カメラシステムの検証を行うためのCFRP試験片を作製した．具体的には，フィラメントワインディング法により欠陥を導入した試験片を作製し，炭素繊維の分布をX線CTにより分析し，欠陥の評価を行った．
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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
CFRPの電磁特性モデルについて，より詳しく検討を行うために計画変更を行ったが，その結果より正確に信号を解釈ができるようなモデルの構築につながったと考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに検討したミクロな電磁特性モデルを，均質化法によりマクロ化させ，CFRPの積層構造に対して電磁応答を解析する．また，幅広い周波数帯で高い感度を有するプローブを開発し，周波数調整機構をもつ電磁カメラシステムを構築する．
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