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本研究ではFBGによるひずみ、および超音波計測システムを構築し、システムの有効性を検証するため直交積層繊維強化プラスティクスを供試材として、衝撃ひずみの検出、ならびにそれに伴う衝撃損傷の超音波検査を一つのFBGセンサを用いて行った。そして下記のような成果を得た。
1.FBGの動的ひずみ計測能
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。抵抗式ひずみゲージ、およびFBGセンサのひずみ計測におけるS/N比はそれぞれ8dB、および40dBであった。またひずみ分解能はそれぞれ8.1με、および1.2μεとなり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を実証した
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.Omm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0.2μs速くなり、また応答周期が長くなることがわかった。これらの応答信号変化は損傷による供試材の力学特性変化から理論的に予想される応答挙動の変化と一致する。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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