圧電素子を内蔵したＣＦＲＰ構造のスマートセンシング・アクチュエーション

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23360376
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 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, 工学(系)研究科(研究院), 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) ; 跡部 哲士 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教 (40586468)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: CFRP / 圧電素子 / センサ / アクチュエータ / スマート構造 / 構造ヘルスモニタリング / セミアクチィブ制御 / セルフセンシング

研究概要

将来の航空宇宙機用ＣＦＲＰ構造の安全性と信頼性の一層の向上を図るためには、圧電素子を内蔵したスマート複合材構造の適用により、衝撃荷重により発生する損傷を自動的に検知する構造ヘルスモニタリング法を確立することが重要となる。また、運航中の構造振動を軽減するためには、圧電アクチュエータによる効果的制振を行うことが必要となる。本研究では、圧電センサ・アクチュエータを内蔵したＣＦＲＰ複合材構造について、運航中に実時間で自動的に損傷を検知する構造ヘルスモニタリング法を構築するとともに、圧電アクチュエータによる効果的振動制御法を発展させることにより、安全性と信頼性に優れたスマート構造を開発する。

研究成果

• [雑誌論文] Ultrasensitive Strain Sensors of Multiwalled Carbon Nanotube/epoxy Nanocomposite Using Dielectric Loss Tangent (2013)
  • 著者名/発表者名: Alamusi, W. F. Yuan, Surina, Y. Li, N. Hu, H. M. Ning, Y. L. Liu, L. K. Wu, S. Atobe and H. Fukunaga
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 103 ページ: 221903-1-5
  • DOI: 10.1063/1.4833756
  • 査読あり
• [雑誌論文] Temperature- dependent Piezoresistivity in An MWCNT /epoxy Nanocomposite Temperature Sensor with Ultrahigh Performance (2013)
  • 著者名/発表者名: Alamusi, Y. Li, N. Hu, L. Wu, W. F. Yuan, C. Chang, Y. Liu, H. M. Ning, J. H. Li, Surina, S. Atobe and H. Fukunaga
  • 雑誌名: Nanotechnology 巻: 24 ページ: 455501-1-6
  • DOI: 10.1088/0957-4484/24/45/455501
  • 査読あり
• [雑誌論文] FRP 複合容器に作用する多点衝撃荷重の実験的同定 (2013)
  • 著者名/発表者名: 跡部哲士, 北川剛士, 胡寧, 福永久雄
  • 雑誌名: 日本複合材料学会誌 巻: 39 ページ: 167-175
  • 査読あり
• [雑誌論文] Adaptive Multimaodal Vibration Suppression Using Fuzzy-based Control with Limited Structural Data (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Makihara, C. Kuroishi and H. Fukunaga
  • 雑誌名: Smart Materials and Structures 巻: 22 ページ: 075031-1-8
  • DOI: 10.1088/0964-1726/22/7/075031
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improved Piezoelectric Properties of Poly(vinylidene Fluoride) Nanocomposites Containing Multi-walled Carbon Nanotubes (2013)
  • 著者名/発表者名: H. M. Ning, N. Hu, T. Kamata, J. H. Qiu, X. Han, L. M. Zhou, C. Chang, Y. Liu, L. K. Wu, J. H. Qiu, H. L. Ji, W. X. Wang, Y. Zemba, S. Atobe, Y. Li, Alamusi and H. Fukunaga
  • 雑誌名: Smart Materials and Structures 巻: 22 ページ: 065011-1-9
  • DOI: 10.1088/0964-1726/22/6/065011
  • 査読あり
• [雑誌論文] 放射音を用いた CFRP 積層板の実験的衝撃荷重同定 (2013)
  • 著者名/発表者名: 跡部哲士, 小林洸貴, 胡寧, 福永久雄
  • 雑誌名: 日本航空宇宙学会論文集 巻: 61 ページ: 79-85
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pull-out Simulations of A Capped Carbon Nanotube in Carbon Nanotube-reinforced Nanocomposites (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Li, S. Liu, N. Hu, X. Han, L. Zhou, H. Ning, L. Wu, Alamusi, G. Yamamoto, C. Chang, T. Hashida, S. Atobe and H. Fukunaga
  • 雑誌名: J. Applied Physics 巻: 113 ページ: 144304-1-7
  • DOI: 10.1063/1.4800110
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement of PVDF's Piezoelectricity by VGCF and MWNT (2013)
  • 著者名/発表者名: L. Wu, W. F. Yuan, T. Nakamura, S. Atobe, N. Hu. H. Fukunaga, 他 1 0 名
  • 雑誌名: Advanced Composite Materials 巻: 22 ページ: 754-78
  • DOI: 10.1080/09243046.2013.764780
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multi-scale Numerical Simulations of Thermal Expansion Properties of CNT- Reinforced Nanocomposites (2013)
  • 著者名/発表者名: Alamusi, N. Hu, J. H. Qiu, Y. Li, C. Chang, S. Atobe, H. Fukunaga, 他 8 名
  • 雑誌名: Nanoscale Research Letters 巻: 8 ページ: 1-8
  • URL: http://www.nanoscalereslett.com/content/8/1/15
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultrasensitive Strain Sensors Made from Metal-coated Carbon Nanofiller/epoxy Composites (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Hu, T. Itoi, T. Akagi, T. Kojima, J. Xue, C. Yan, S. Atobe, H. Fukunaga, 他5名
  • 雑誌名: Carbon 巻: 51 ページ: 202-212
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2012.08.029
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental Study on Mechanical Properties of Epoxy/MWCNT Nanocomposites - Effect of Acid Treatment, Pressured Curing, and Liquid Rubber (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Li, N. Hu, T. Kojima, T. Itoi, T. Watanabe, T. Nakamura, N. Takizawa, T. Inoue, H. Cui, S. Atobe and H. Fukunaga
  • 雑誌名: ASME J. Nanotechnology in Engineering and Medicine 巻: 3 ページ: 011004-1-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of Piezoelectric Property of Reduced Graphene Oxide (rGO)- Poly(vinylidene fluoride) Nanocomposites (2012)
  • 著者名/発表者名: Alamusi, J. M. Xue, L. K. Wu, N. Hu, J. H. Qiu, C. Chang, S. Atobe, H. Fukunaga, 他6名
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 4 ページ: 7250-7255
  • DOI: 10.1039/c2nr32185h
  • 査読あり
• [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 (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: CMC Computers, 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
  • DOI: 10.3390/s111110691
  • 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: 075010-1-11
  • DOI: 10.1088/0964-1726/20/7/075010
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Carbon Nanotube/Polymer Strain Sensors 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
  • DOI: 10.1177/0021998310393296
  • 査読あり
• [学会発表] Impact Force Identification of CFRP Stiffened Panels Using Radiated Sounds (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Atobe, Y. Tanaka, N. Hu and H. Fukunaga
  • 学会等名: 15th US-Japan Conf. on Composite Materials
  • 発表場所: Texas, USA
  • 年月日: 2012-10-01
• [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
• [備考]
  • URL: http://www.ssl.mech.tohoku.ac.jp/