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圧電センサによる航空機CFRP構造の衝撃損傷モニタリングの研究

研究課題

研究課題/領域番号 17360404
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 航空宇宙工学
研究機関東北大学

研究代表者

福永 久雄  東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50134664)

研究分担者 胡 寧  東北大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (60250685)
岡部 朋永  東北大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (50344164)
亀山 正樹  東北大学, 大学院・工学研究科, 助教 (30302178)
研究期間 (年度) 2005 – 2007
研究課題ステータス 完了 (2007年度)
配分額 *注記
15,420千円 (直接経費: 14,400千円、間接経費: 1,020千円)
2007年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2006年度: 3,900千円 (直接経費: 3,900千円)
2005年度: 7,100千円 (直接経費: 7,100千円)
キーワードCFRP / 損傷同定 / 衝撃損傷 / モニタリング / 航空機構造 / 層間はく離 / 荷重同定 / 損傷予測 / 残留強度
研究概要

本研究では,将来の航空機CFRP構造の信頼性・安全性の一層の向上を図るため,ひずみセンサを構造内に組み込んだ知的複合材構造について,運航中に衝撃荷重を自動的・実時間でモニターし,その衝撃荷重情報からCFRP構造の損傷状態を実時間で予測する評価技術を確立することを目的としている.本研究で得られた主要な成果は以下の通りである.
1. 解析モデルを必要としない実験的衝撃荷重同定法を構築し,この関係を用いて衝撃荷重位置・履歴の同定を行った.特に,インパルスハンマ打撃による伝達関数作成法を完成させ,この伝達関数を用いて衝撃荷重同定を行った.本手法をCFRP補強パネル,および,落錘衝撃下のCFRP積層板に適用して,高精度の衝撃荷重位置・履歴同定が可能であることを明らかにした.
2. SACMA法に基づく落錘衝撃試験を行い,衝撃エネルギと最大荷重の関係,衝撃エネルギと損傷の関係を実験的に求め,解析結果とよく一致することを示した.また、超音波探傷による層間はく離の実験値と有限要素法による解析値とを比較し、はく離の大きさ・はく離形状ともよく一致する結果が得られた。
3. 実験的衝撃荷重同定により得られた荷重履歴より衝撃損傷の有無を容易に判定できることを示した。また、衝撃荷重同定による最大衝撃荷重の情報より,積層板内に発生する層間はく離の大きさ,および,横き裂の発生領域を実時間で予測できる手法を確立した。

報告書

(4件)
  • 2007 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2006 実績報告書
  • 2005 実績報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2008 2007 2006 2005

すべて 雑誌論文 (18件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (2件)

  • [雑誌論文] Identification of Delamination Position in Cross-ply Laminated Composite Beams Using So Lamb Mode2008

    • 著者名/発表者名
      N. Hu
    • 雑誌名

      Composites Science and Technology 68

      ページ: 1548-1554

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] CFRP複合材構造の実験的衝撃荷重位置・履歴同定2007

    • 著者名/発表者名
      宮澤 英晃
    • 雑誌名

      日本複合材料学会誌 33

      ページ: 87-94

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書 2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] An Efficient Approach for Identifying Impact Force Using Embedded Piezoelectric Sensors2007

    • 著者名/発表者名
      N. Hu
    • 雑誌名

      International Journal of Impact Engineering 34

      ページ: 1258-1271

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Identification of Impact Forces on Composite Structures Using an Inverse Approach2007

    • 著者名/発表者名
      N. Hu
    • 雑誌名

      Structural Engineering and Mechanics 27

      ページ: 409-424

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書 2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Experimental Identification of Impact Force Location and History on CFRP Composite Structures2007

    • 著者名/発表者名
      H. Miyazawa
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Composite Materials 33

      ページ: 87-94

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Identification of Impact Forces on Composite Structures Using An Inverse Approach2007

    • 著者名/発表者名
      N. Hu
    • 雑誌名

      Structural Engineering and Mechanics 27

      ページ: 409-424

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Analysis of Wave Propagation in Beams with Transverse and Lateral Cracks Using a Weakly Formulated Spectral Method2007

    • 著者名/発表者名
      N.Hu
    • 雑誌名

      J. Applied Mechanics 74

      ページ: 119-127

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] An Efficient Approach for Identifying Impact Force Using Embedded Piezoelectric Sensors2007

    • 著者名/発表者名
      N.Hu
    • 雑誌名

      Int. J. Impact Engineering 34

      ページ: 1258-1271

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Stable Numerical Simulations of Propagations of Complex Damages in Composite Structures under Transverse Loads2007

    • 著者名/発表者名
      N.Hu
    • 雑誌名

      Composites Science and Technology 67

      ページ: 752-765

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Optimum Design of Composite Plate Wings for Aeroelastic Characteristics Using Lamination Parameters2007

    • 著者名/発表者名
      M.Kameyama
    • 雑誌名

      Computers and Structures 85

      ページ: 213-224

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Identification of Delaminations in Composite Laminates2006

    • 著者名/発表者名
      N.Hu
    • 雑誌名

      J. Intelligent Material Systems and Structures 17

      ページ: 671-683

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] 横荷重下におけるFRP積層構造の損傷進展解析2006

    • 著者名/発表者名
      前場 豊
    • 雑誌名

      日本航空宇宙学会論文集 54

      ページ: 384-391

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] コヒーシブ要素を用いた層間はく離シミュレーションにおける数値安定化2006

    • 著者名/発表者名
      前場 豊
    • 雑誌名

      日本複合材料学会誌 32(印刷中)

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Impact Force Identification of Aluminum Plates Using Strain Sensors2005

    • 著者名/発表者名
      S.Matsumoto
    • 雑誌名

      Structural Eng./Earthquake Eng., JSCE 22

      ページ: 175-184

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] センサ・アクチュエータの最適配置に基づくCFRP積層板の振動計測・振動制御(第2報:実験)2005

    • 著者名/発表者名
      川畑 成之
    • 雑誌名

      日本航空宇宙学会論文集 53

      ページ: 295-301

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] A New Approach for Health Monitoring of Composite Structures through Identification of Impact Force2005

    • 著者名/発表者名
      N.Hu
    • 雑誌名

      J.Advanced Science 17

      ページ: 82-89

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Prediction of Elastic Properties of Carbon Nanotube Reinforced Composites2005

    • 著者名/発表者名
      N.Hu
    • 雑誌名

      Proc.Royal Soc.Series A 461

      ページ: 1685-1710

    • NAID

      110004071353

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Finite Element Simulations of Delamination Propagation in Composite Laminates Using Decohesive Element2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Zemba
    • 雑誌名

      Proc.Ninth Int.SAMPE Symposium 1

      ページ: 863-868

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [学会発表] Structural Health Monitoring of Composite Structures Based on Impact Force Identification2007

    • 著者名/発表者名
      H. Fukunaga
    • 学会等名
      58th International Astronautical Congress
    • 発表場所
      Hyderabad, India
    • 年月日
      2007-09-26
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Structural Health Monitoring of Composite Structures Based on Impact Force Identification2007

    • 著者名/発表者名
      H. Fukunaga
    • 学会等名
      58th International Astronautical Congress
    • 発表場所
      Hyderabad, lndia
    • 年月日
      2007-09-26
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書

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公開日: 2005-04-01   更新日: 2016-04-21  

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