2015 Fiscal Year Annual Research Report
圧電センサによる航空宇宙機構造の損傷モニタリングの研究
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26289319
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
福永 久雄 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50134664)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
跡部 哲士 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (40586468)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 損傷モニタリング / 航空宇宙構造 / 圧電素子 / スマート構造 / 損傷検出 / ラム波 / レーザー超音波 / ラム波伝播挙動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究「圧電センサによる航空宇宙機構造の損傷モニタリングの研究」では、ＰＺＴ圧電センサを内蔵した航空宇宙機構造要素について、運航中に実時間で自動的に損傷を検知する損傷モニタリング法の確立を目的としている。主要な研究項目は「衝撃荷重同定に基づく損傷モニタリング法」および「ラム波に基づく損傷モニタリング法」からなり、前者では、研究代表者らがＣＦＲＰ積層板で開発した手法をさらに改良して、Ｔ型補強パネル、サンドイッチパネル、アイソグリッドパネルにおける衝撃荷重位置・履歴同定の高精度化と、同定した荷重履歴等からの損傷の有無・大きさを推定して衝撃損傷位置および大きさを実時間で予測する損傷モニタリング法を開発した。一方、後者では、擬似はく離を有するＣＦＲＰ積層板でアクチュエータの形状・加振周波数等の最適化を検討した上で、Ｔ型補強パネル等の損傷位置・大きさの高精度予測手法を開発した。
(1) 衝撃荷重同定に基づく損傷モニタリング法 ・Ｔ型補強パネルのインパルスハンマ打撃、落錘衝撃試験における衝撃荷重同定と損傷同定を行った。衝撃損傷の無い場合、インパルスハンマ打撃における衝撃荷重位置・履歴同定は極めて高精度の結果が得られた。 ・落錘衝撃試験におけるＴ型補強パネルの補強材・スキン部接着部のはく離を超音波探傷で検出し、衝撃荷重履歴との関係を明らかにした。損傷を生じるとき、荷重履歴は凹凸の激しい履歴を描くことより、この荷重履歴の形状より損傷の発生および大きさを推定できた。
(2) ラム波に基づく損傷モニタリング法
落錘衝撃試験におけるＴ型補強パネルの補強材・スキン部接着部のはく離をラム波により検出し、超音波探傷結果と比較して簡易なラム波ではく離を高精度で検出可能であることを明らかにした。
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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
「衝撃荷重同定に基づく損傷モニタリング法」ではT型補強パネルについて衝撃荷重同定を行い高精度の同定結果が得られた。また、構造物内を伝播する音波と空気中を伝播する音波の特性を明らかにして、衝撃荷重同定の精度が格段に向上することが判明した。一方、「ラム波に基づく損傷モニタリング法」では擬似はく離および落錘衝撃損傷を有するCFRP積層板およびT型補強パネルについて非接触のレーザー超音波を用いたはく離検出、圧電センサを用いた接触型のはく離検出を行い、いずれの方法でもはく離の大きさを高精度に検出できることを明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
「衝撃荷重同定に基づく損傷モニタリング法」では前年度までの成果を発展させて、より複雑な構造であるサンドイッチパネルおよびアイソグリッドパネルについて衝撃荷重同定を行い、同定した荷重履歴を用いた損傷同定法を発展させる。「ラム波を用いた損傷同定法では、振動計測によるパネルの表面変位を計測してラム波の伝播挙動を明らかにして、数値解析結果と比較検討する。
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| Causes of Carryover |
サンドイッチパネルおよびアイソグリッドパネルの製作が間に間に合わなかったため平成２８年度に業者に製作を依頼する。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
サンドイッチパネルおよびアイソグリッドパネルを製作する。
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