圧電アクチュエータ・センサを用いた知的積層複合材構造の損傷同定法の研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13650073
• 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: 亀山 正樹 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (30302178)
• キーワード: 損傷同定 / 知的構造 / 複合材料 / 圧電アクチュエータ / 圧電センサ / 動的応答 / CFRP / 振動

研究概要

本研究では,圧電アクチュエータと圧電センサを組み込んだ知的積層複合材構造について,動的応答を用いた損傷同定法を開発し,積層複合材構造の信頼性,安全性の一層の向上を図ることを目的とした.本研究により得られた主要な成果は以下の通りである
1.積層複合材構造の主要な損傷様式である層間はく離について,圧電センサを用いた損傷同定法を提案し,損傷同定プログラムを作成した.層間はく離を生じたとき,積層複合材の固有振動数,固有振動モードの変化より,損傷位置,大きさを検出する方法を提案し(雑誌論文1,2),層間はく離の発生しやすい箇所に圧電センサを貼付することにより,明確に層間はく離を検出できることを明らかにした(論文4)
2.圧電アクチュエータ,センサを組み込んだ知的積層複合材構造の効率的有限要素法の定式化を示すとともにプログラムを開発し(論文3),有限要素解析モデルと動的応答の比較より損傷位置,大きさを同定する手法の有効性を示した(論文6)
3.動的残差力に基づく損傷同定法(論文5)を提案し,数値シミュレーションによりその有効性を示した
4.解析モデルを必要としないフレキシビリティ行列に基づく方法を提案し,切欠きを有するはりの実験結果でその有効性を示した.(現在投稿中)
5.CFRP板を用いた損傷同定法の実験を進めており,予備的実験で本研究で提案する同定手法の有効性が確認されつつある

研究成果

• [文献書誌] N.Hu: "Delamination Identification Using Piezoelectric Sensors"Proc. Int. Conf. On Composite Materials. 13. ID-1308-1-ID1308-10 (2001)
• [文献書誌] H.Fukunaga: "Damage Identification of Laminated Composite Plates Using Piezoelectric Sensors"Proc. Int. Workshop on Structural Health Monitoring. 3. 938-947 (2001)
• [文献書誌] H.Fukunaga: "FEM Modeling of Adaptive Composite Structures Using a Reduced Higher-Order Plate Theory via Penalty Functions"Int. J. Solid and Structures. 38. 8735-8752 (2001)
• [文献書誌] H.Fukunaga: "Delamination Detection Using Curvature Vibration Modes"Proc. Japan Inter. SAMPE. 7. 907-910 (2001)
• [文献書誌] H.Fukunaga: "Damage Identification of Laminated Composite Structures Based on Dynamic Residual Forces"Advanced Composite Materials. 10. 209-218 (2001)
• [文献書誌] H.Fukunaga: "Structural Damage Identification Using Piezoelectric Sensors"Int. J. Solids and Structures. 39. 393-418 (2002)