| 研究課題/領域番号 |
20K04182
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| 研究機関 | 高知工科大学 |
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研究代表者 |
高坂 達郎 高知工科大学, システム工学群, 准教授 (80315978)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 成形モニタリング / 損傷モニタリング / 複合材料 / FRP / 光ファイバセンサ / レイリー散乱 / 屈折率測定 / 層間剥離 |
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| 研究実績の概要 |
CFRP構造は比強度，比剛性に優れるが，高いコストがネックとなっている．製造時から運用までCFRP構造の欠陥や損傷状態を把握することが出来れば，製造・運用コストが削減と信頼性の向上が見込める．長い測定長，高い空間およびひずみ分解能を有するレイリー散乱型光ファイバ分布センサは，このような用途に最適であると考えられるが，それを適用した研究は非常に少ない．そこで，本研究では，レイリー散乱型分布センサを用いて，１つのセンサでCFRP構造の製造から廃棄までを監視する生涯監視技術を構築することを最終目標として，樹脂流動と成形ひずみの監視，および運用時の層間剥離損傷同定手法の開発を行う．さらに2021年度より，屈折率センサと組み合わせて硬化度の同時モニタリングが可能なシステムの提案も行う．
2021年度では，(1) 2次元樹脂流動時から硬化終了までを，レイリー散乱型分布センサと屈折率センサを組み合わせて成形モニタリングする手法の検討と，(2)二次元形状の剥離形態と測定されたひずみの乱れ場を理論解析によって結びつけることを目的として研究を行った．(1)については，レイリー散乱型分布センサと屈折率センサを組み合わせることで，樹脂流動時のフローフロント位置，温度と硬化度，そして硬化ひずみの同時モニタリングが可能であることを示した． (2)については，2次元斜め形状の剥離損傷が導入されたCFRPおよびGFRP積層板を製作し，ENF（end-notch fracture）試験により層間剥離進展によるひずみ分布の変動の測定を行い，また有限要素解析結果と比較して，2次元斜め形状でも光ファイバセンサにより層間剥離端の位置検出が可能であることを明らかにした．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
2021年度では，(1) 2次元樹脂流動時から硬化終了までを，レイリー散乱型分布センサと屈折率センサを組み合わせたモニタリング手法の検討と，(2)二次元形状の剥離形態と測定されたひずみの乱れ場を理論解析によって結びつけることを目的として研究を行った．
(1)については，当初予定では硬化ひずみの測定のみに注目する予定であったが，当研究室で開発を行っている屈折率センサによる硬化度測定法の開発が進んだため，レイリー散乱型分布センサと屈折率センサを組み合わせたモニタリング手法の検討も行うこととした．2020年度と同様に１本のファイバを格子状に配置して２次元流動におけるフローフロント位置の検出を行い，さらに硬化過程においては温度分布測定と成形ひずみ測定に用いた．そして，VaRTM法によるGFRPの成形プロセスを，本多機能センサシステムによってモニタリングした．その結果，本多機能センサシステムによって，2次元的な樹脂含浸状況，温度分布，硬化ひずみそして硬化度がモニタリング出来ることが明らかとなった．以上より，目標をクリアすることが出来た．
(2)については，2次元形状の剥離損傷が導入されたCFRP積層板を製作し，ENF試験片の表面にレイリー散乱型分布センサを張り付けて，剥離進展によるひずみ分布測定を行い，有限要素解析結果と比較した．その結果，剥離先端の大きなひずみ場の乱れから，剥離進展のモニタリングが可能であることを示した．しかしCFRP積層板ではクラック形状が見えないため， 2次元斜め形状の剥離を導入そたGFRP積層板を製作して，剥離進展を光学観察しながら試験を行った．その結果，2次元斜め形状でも，光ファイバセンサを用いた表面ひずみ分測定によって，剥離端の位置検出が可能であることを明らかにした．以上から，この目標についてもクリアできたと考えている．
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| 今後の研究の推進方策 |
2021年度までの進捗状況はおおむね順調であり，2021年度までの結果を論文にまとめつつ，投稿していく予定である．2020年度に樹脂流動の２次元フローフロントが進捗予定を上回ったので，屈折率センサを組み合わせて成形中のフローフロント，硬化度，温度・ひずみ分布の同時測定が可能なシステムの開発を，2021年度に新たに提案した．一方で2021年度に予定していた乱れ場のエネルギー分布と空間周波数に着目した剥離進展の同定手法については，進展は不十分であり，2022年度に進めていく予定である．
2021年度に進捗が予定を上回れば予定していた，(3)解析データベースよりひずみの乱れ場から剥離形態を同定する手法を確立すること，(4)多重剥離損傷のモニタリングに本手法が適用可能であることを実証すること，までは至らなかったため，2022年度はそれらの目標を達成するために研究を進めていく．また，成形モニタリングについてはほぼ完成しているが，初期欠陥を導入した場合の成形誘起ひずみ分布測定を行い，成形時初期欠陥の同定を行う手法の構築を試みていきたい．
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