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本研究では直交積層繊維強化プラスティクスを供試材として、衝撃負荷の検出、ならびにそれに伴う衝撃損傷の検出を行った。衝撃負荷はひずみ計測から、損傷検出は超音波を利用して行った。この際のひずみ計測、ならびに超音波検出用センサとしてFBGを用いた。
以下にひずみ計測、ならびに損傷検出に関する結果の詳細を記す。
1.複合材料の落錘衝撃負荷中における動的ひずみ計測
衝撃エネルギ2.7Jを供試材に与えたとき、衝撃点から50mm離れた箇所にFBGセンサならびに抵抗式ひずみゲージを貼り付けて衝撃負荷における動的ひずみをサンプリング速度100kHzで収録した。従来型の抵抗式ひずみゲージによる計測結果と比較して、FBGセンサから評価されたひずみ応答はS/N比が高く、ひずみゲージでの計測では現れていたスパイクノイズがFBGセンサ応答には現れなかった。実験結果からFBGセンサはひずみゲージよりも精度高く動的ひずみを計測できることが実証された。
2.超音波を利用した複合材料の衝撃損傷検出
衝撃エネルギ2.7Jを与えた複合材料には6.3mm×9.0mm四方の損傷が形成された。この衝撃損傷を超音波を利用して検出することを試みた。FBGを超音波センサとして、圧電素子から発振された超音波を供試材に伝搬させ、健全部と衝撃損傷部を通過した超音波に対するセンサ応答信号を比較した。衝撃損傷部を通過した場合、超音波応答は速くなり、また応答周期が長くなることがわかった。損傷による供試材の力学特性変化からこれらの応答挙動の変化を説明することができ、FBGが健全性評価に用いる超音波センサとして機能することを実証した。
以上、本研究ではFBGでひずみと超音波を計測するデュアルセンシングにより複合材料の健全性を従来技術よりも高い精度、かつシンプルなセンサ構成で評価できることを実証した。
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