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1.ラム波を用いたCFRP積層板の非線形弾性挙動評価および音弾性法の開発
CFRP積層板の引張り負荷下における剛性変化をラム波伝播速度を介して、高精度に測定することを目的として、CFRP積層板の引張り試験片表面に一対の超音波センサを接着し、引張り試験の際のヤング率変化をin-situで測定した。まず一方向積層板のヤング率の負荷ひずみ依存性を測定した結果、炭素繊維の非線形弾性の影響によって、ヤング率がひずみに対して2次関数的に著しく増加する現象を高精度に検出することができた。この実験によって得られた関数を用いて直交積層板の非線形弾性挙動を積層理論を用いて予測した結果、実験値と極めて良好な一致が得られた。以上の結果を基にして、ラム波伝播速度を測定することで、CFRP直交積層板における負荷ひずみを測定する手法を開発し、ひずみゲージによる測定結果と比較した結果、誤差3%以内と良好な精度でひずみ測定が可能であることを実証した。
2.引張り負荷下におけるCFRP直交積層板のトランスバースクラックの定量検出
引張り試験の際にCFRP直交積層板内部に発生するトランスバースクラックを定量検出することを目的として、in-situでラム波伝播速度測定を行い、ヤング率変化を精密に測定した。その結果、引張りひずみの増加とともに、炭素繊維の非線形弾性によるヤング率増加およびクラック発生によるヤング率低下の両方の影響による特異なヤング率変化挙動を詳細に捉えることができた。さらにラム波伝播速度変化のデータを用いて定量的にクラック数を評価するために、非線形弾性挙動を考慮に入れたマイクロメカニクス手法を用いた解析を行い、実験で観察したクラック数と良好な一致を得た。
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