| 研究課題/領域番号 |
20K04182
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分18010:材料力学および機械材料関連
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| 研究機関 | 高知工科大学 |
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研究代表者 |
高坂 達郎 高知工科大学, システム工学群, 教授 (80315978)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 損傷モニタリング / 複合材料 / FRP / 層間剥離 / 光ファイバセンサ / レイリー散乱型分布センサ / ひずみ分布測定 / 温度分布測定 / 成形モニタリング / 非破壊検査 / レイリー散乱 / 屈折率測定 / 樹脂流動 / 損傷同定 / プロセスモニタリング |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，1本で広範囲測定が可能なレイリー散乱型光ファイバ分布センサを用いて，製造時には樹脂流動と成形ひずみと初期欠陥を，運用時には多重剥離損傷の発生・進展をリアルタイムで同定する手法を確立することを目的とする．センサは製造時にプリフォームに埋め込まれ，製造後にもそのまま用いる．樹脂流動で生じるプリフォームのひずみ分布からフローフロント位置を同定し，加熱成形時には硬化収縮および熱ひずみの分布を測定して初期欠陥の同定を行う．さらに運用中に荷重を受けた場合に生じるひずみ場の乱れと，理論解析によって得られているひずみの乱れ場と剥離損傷形態の関係から，剥離の発生・進展・形状の同定を可能にする．
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| 研究実績の概要 |
CFRP構造は比強度，比剛性に優れるが，高いコストがネックとなっている．製造時から運用までCFRP構造の欠陥や損傷状態を把握することが出来れば，製造・運用コストが削減と信頼性の向上が見込める．レイリー散乱型光ファイバ分布センサは長い測定長と高い空間分解能を有するが，それを剥離検出に適用した研究は非常に少ない．そこで，本研究では，レイリー散乱型分布センサを用いて，１つのセンサでCFRP構造の製造から廃棄までを監視する生涯監視技術を構築することを最終目標として，樹脂流動と成形ひずみの監視，および運用時の層間剥離損傷同定手法の開発を行った．
2023年度では，レイリー散乱型分布センサを用いて，(1)剥離の深さ方向位置がひずみ検出に与える影響を明らかにすることおよび(2)温度測定による剥離検知の可能性を明らかにすることを目的として，実験および解析を行った．実験では複数の深さに疑似剥離を導入したCFRP積層板を用意し，3点曲げ試験を行った．その結果，深さがひずみ分布に与える影響が明らかになり，分布センサを用いて両面のひずみ分布を同時に測定することで，剥離先端位置と深さ位置を検出できることが分かった．また表面に温度を加えて裏面の温度伝達の遅れ分布を分布センサにより測定することで，ひずみが加わらない場合でも剥離検出が可能であることが分かった．
本研究では全体を通じて，１つのレイリー散乱型光ファイバ分布センサにより，樹脂含浸工程の樹脂流動，曲げにおけるモードI剥離検出とモードII剥離検出，剥離深さの検出が可能であることを示すことが出来た．そして無負荷時であっても，温度を加えることによって剥離検出が可能であることを示すことが出来た．今後は疑似等方性板やスキン―ストリンガ構造などの実用的なFRP構造への応用を目指していきたい．
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