圧電素子のセンサ・発電機能を利用した無電源構造ヘルスモニタリング法の開発

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22656194
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 航空宇宙工学
• 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: 胡 寧 千葉大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60250685) ; 亀山 正樹 信州大学, 工学部, 准教授 (30302178)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2011
• キーワード: 損傷同定 / 衝撃損傷 / 損傷予測 / 構造ヘルスモニタリング / ラム波 / CFRP / エネルギーハーベスティング

研究概要

本研究では、圧電素子を内蔵したCFRP構造について、圧電素子のアクチュエータ・センサ機能を利用して衝撃損傷・疲労損傷を自動的・実時間で検知する構造ヘルスモニタリング法を開発するとともに、圧電素子の発電機能を利用して得られる電気エネルギーをアクチュエータ・センサネットワーク駆動、および、無線送信に供給する無電源構造ヘルスモニタリングシステムを構築した。

研究成果

• [雑誌論文] 実験的変換行列を用いた平板の実時間衝撃荷重同定 (2012)
  • 著者名/発表者名: 跡部哲士, 胡寧, 福永久雄
  • 雑誌名: 日本航空宇宙学会論文集 巻: 60 ページ: 48-55
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impact Force Identification of CFRP Structures Using Experimental Transfer Matrices (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Atobe, H. Fukunaga and N. Hu
  • 雑誌名: CMC Computers, Materials & Continua 巻: 26 ページ: 67-90
  • 査読あり
• [雑誌論文] A New Inverse Algorithm for Tomographic Reconstruction of Damage Images Using Lamb Waves, CMC Computers (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Morii, N. Hu, H. Fukunaga, J. H. Li, Y. L. Liu, S. Atobe, Alamusi and J. H. Qiu
  • 雑誌名: Materials & Continua 巻: 26 ページ: 37-66
  • 査読あり
• [雑誌論文] Piezoresistive Strain Sensors Made from Carbon Nanotubes Based Polymer Nanocomposites (2011)
  • 著者名/発表者名: Alamusi, N. Hu, H. Fukunaga, S. Atobe, Y. Liu and J. H. Li
  • 雑誌名: Sensors 巻: 11 ページ: 10691-10723
  • 査読あり
• [雑誌論文] Relative Reflection Intensity of Lamb Waves from Elliptically-shaped Damages in Metallic Plates (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Liu, N. Hu, Alamusi, T. Watanabe, Y. Koshin, Y. P. Cao and H. Fukunaga
  • 雑誌名: Smart Materials and Structures 巻: 20 ページ: 075010(11pp)
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Carbon Nanotube/Polymer Strain Sensor with Linear and Anti-symmetric Piezoresistivity (2011)
  • 著者名/発表者名: G. Yin, N. Hu, Y. Karube, Y. Liu, Y. Li and H. Fukunaga
  • 雑誌名: J. Composite Materials 巻: 45 ページ: 1315-1323
  • 査読あり
• [雑誌論文] (解説)CFRP構造の衝撃荷重同定と構造ヘルスモニタリング (2010)
  • 著者名/発表者名: 福永久雄
  • 雑誌名: 設計工学 巻: 45 ページ: 320-327
• [雑誌論文] (展望)構造物に内蔵したセンサによる構造健全性診断技術 (2010)
  • 著者名/発表者名: 福永久雄, 跡部哲士
  • 雑誌名: 信頼性 巻: 32 ページ: 299-306
• [雑誌論文] Optimal Excitation Frequency of Lamb Waves for Delamination Detection in CFRP Laminates (2010)
  • 著者名/発表者名: N. Hu, Y. Liu, Y. Li, X. Peng and B. Yan
  • 雑誌名: Journal of Composite Materials 巻: 44 ページ: 1643-1663
  • 査読あり
• [雑誌論文] Investigation on Sensitivity of A Polymer/Carbon Nanotube Composite Strain Sensor (2010)
  • 著者名/発表者名: N. Hu, Y. Karube, M. Arai, T. Watanabe, C. Yan, Y. Li, Y. Liu and H. Fukunaga
  • 雑誌名: Carbon 巻: 48 ページ: 680-687
  • 査読あり
• [雑誌論文] 圧電素子によるエネルギ回収を利用したCFRPはり構造の準能動的制振 (2010)
  • 著者名/発表者名: 亀山正樹, 高柳宜孝, 福永久雄
  • 雑誌名: 日本航空宇宙学会論文集 巻: 59 ページ: 340-348
  • 査読あり
• [雑誌論文] 圧電繊維アクチュエータを用いたCFRP積層板の単一モード振動制御 (2010)
  • 著者名/発表者名: 亀山正樹, 宮本裕二, 福永久雄
  • 雑誌名: 日本複合材料学会誌 巻: 36 ページ: 222-229
  • 査読あり
• [学会発表] Impact Force Identification of CFRP Stiffened Panels Using Radiated Sound Waves (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Tanaka, S. Atobe and H. Fukunaga
  • 学会等名: JISSE-12
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2011-11-10
• [学会発表] 圧電素子による弾性波を用いた平板・殻構造の損傷検出 (2011)
  • 著者名/発表者名: 跡部哲士, 樋口暁, 原田邦彦, 福永久雄
  • 学会等名: JCOSSAR 2011
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2011-10-12
• [学会発表] Real-time Impact Force Identification of CFRP Laminated Plates Using Sound Waves (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Atobe, H. Kobayashi, N. Hu and H. Fukunaga
  • 学会等名: 18th ICCM
  • 発表場所: Jeju Island, Korea
  • 年月日: 2011-08-21
• [学会発表] Identification of Impact Force Acting on CFRP Structures Using Experimental Transfer Matrices (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Atobe, N. Hu and H. Fukunaga
  • 学会等名: 3rd APWSHM
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2010-11-30
• [学会発表] Delamination Detection in CFRP Laminates Using A0 and S0 Lamb Wave Modes (2010)
  • 著者名/発表者名: N. Hu, Y. L. Liu, H. Fukunaga and Y. Li
  • 学会等名: Fifth International Conference on Fatigue of Composites
  • 発表場所: 南京, 中国
  • 年月日: 2010-10-16
• [学会発表] Real-Time Impact Force Identification of CFRP Structures Using Experimental Transfer Matrices (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Atobe, N. Hu and H. Fukunaga
  • 学会等名: 14th US-Japan Conf. on Composite Materials
  • 発表場所: Ohio, USA
  • 年月日: 2010-09-20
• [備考]
  • URL: http://www.ssl.mech.tohoku.ac.jp/