一体化したスマート複合材料/構造の設計と製作に関する研究

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07650110
• 研究種目: 一般研究(C)
• 研究機関: 大阪市立大学
• 研究代表者: 福田 武人 大阪市立大学, 工学部, 教授 (40047155)
• 研究分担者: 高輪 武志 摂南大学, 工学部, 教授 (60236370)
• キーワード: 光ファイバセンサ / ピエゾセラミックス / ER流体 / ハイブリッド効果 / 一体化 / スマートCFRP積層板

研究概要

センサとして光ファイバ,アクチュエータとしてセラミックピエゾ素子に加えて,ER流体(Electro-rheological fluids)を一体化し、アクティブ振動制御を目的としたスマートCFRP複合材料はりの設計と製作を検討した。その結果、まず、センサとしては、オンラインモニタリング可能な一体化システムを構築するため最適なマイケルソン干渉計型光ファイバひずみセンサのディジタル処理手法を確立した。この場合プロセッサとして、従来から用いているマイコンの処理能力を大幅にアップさせて活用した。かつ、センサ部をまずGFRP積層板に埋め込みセンサ端部のミラー化にアルミのスパッタリング技術が適用可能であることを確認した。つぎにアクチュエータとしてER流体をシリコンシーラントで封入したCFRP積層板に、さらにピエゾセラミックスを絶縁のためカプトンフィルムを介して接着してハイブリッドスマート化を検討した。その結果、以上のことが分かった。まずER流体に印加する電界の波形および周波数の影響に関して(1)ER効果の制御には、印加電界は正弦波よりも矩形波の方がより効果的である。(2)共振状態にあるCFRP複合材はりは、複合材はりの1次固有振動数に近い振動数の電界をER流体に印加するとうなり現象が生ずる。(3)複合材はりの1次固有振動数以下の振動数の電界をER流体に印加するとき重畳波形が観測された。(4)複合材はりの1次固有振動数以上の振動数の電界をER流体に印加するとき、その周波数が上昇すると次第に振動抑制効果が減少する。続いて2つのアクチュエータのハイブリッド効果に関しては(1)それぞれ単体で使用する場合よりもより高い振動減衰特性が得られることを示した。(2)数値解析結果と実験結果の比較より、ピエゾ素子の励振力が振幅に依存することが分かった。

研究成果

• [文献書誌] T.FUKUDA,S.KITADA,R.MITA and K.OSAKA: "Vibration Measurement of Fiber Composite Beam Using Interferometric Michelson Fiber Optical Sensor with Digital Processing" Proc.of Tenth International Conference on Composite Materials. V. 339-346 (1995)
• [文献書誌] S.KITADE and T.FUKUDA: "Microscopic Observations of Optical Fibers Embedded in Curing Process into Composite Laminates" Proc.of 5th Japan International SAMPE Symposium. 25-28 (1995)
• [文献書誌] S.KITADA and T.FUKUDA: "A New Technique for Detecting and Monitoring Impact Induced Damages in Fiber Composite Laminates with Embedded Optical Fibers" High Technology Composites in Modern Applications,Proc,of COMP'95. 477-481 (1995)
• [文献書誌] 北田真太郎、福田武人、逢坂勝彦: "光ファイバを用いたFRP積層板の衝撃損傷検出試験" 材料. 44. 1196-2000 (1995)
• [文献書誌] T.FUKUDA,T.TAKAWA and T.TAKADA: "Robust Vibration Control of Fiber Composite Beams with Embedded Piezoceramic Actuators" Proc.of Fifth Int l Conf.on Adaptive Structures. 523-532 (1995)
• [文献書誌] 福田武人、高田俊弘、高輪武志: "複合材はりのスマート化に関する研究-セラミックピエゾ素子による曲げ1次モードの最適振動制御" 材料. 44. 1255-1260 (1995)
• [文献書誌] T.TAKAWA,T.FUKUDA and T.TAKADA: "Flexural-Torsion Vibration Control of Fiber Composite Cantilevered Beam by Using Piezo-Actuators" Proc.of Tenth International Conference on Composite Materials. V. 331-338 (1995)
• [文献書誌] T.FUKUDA and N.OSHIMA: "Use of Electro-Rheological Fluids for Damping Control of CFRP Beams" Proc.of Tenth International Conference on Composite Materials. V. 299-306 (1995)