圧電材料と静電容量を利用した応力測定方法に関する研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14655369
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 藤本 由紀夫 広島大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60136140)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田中 義和 広島大学, 大学院・工学研究科, 助手 (00335704)
• Keywords: 表面電位 / PVDF / 圧電フィルム / 応力測定 / 塗装 / 構造部材 / 歪ゲージ / 非接触

Research Abstract

構造物の表面は,塗装やコーテイングが施されていることが多い。このため,応力測定に歪ゲージを用いると,塗装を剥がす手間がかかるとともに,塗装に電気配線を通す穴が必要になり,この部分が塗膜劣化の原因になりやすいという問題があった。また,電気配線は構造物の機能や外観に弊害を与えるという問題があった。
そこで本研究では,圧電材料と表面電位計を組み合わせた塗装構造部材の非接触応力測定法を開発した。構造物の建造時に,圧電センサーを構造物に設置しておき,その上に塗装やコーテイングを施しておくことで,使用中,表面電位計を用いて丁度人間の体に聴診器を当てる方式で,塗装やコーテイングの上から非接触方式の表面電位計を用いて圧電材料の表面電位を計測し,表面電位と歪みが比例関係にあることを利用して,構造部材表面の直交する2つの軸応力,およびせん断応力を求める。圧電材料としてPVDFを用い,絶縁材料の塗装を施して種々の応力測定実験を行った結果次のことが明らかになった。
1.構造部材にPVDFフィルムを接着し,その上面を塗装した場合と塗装しない場合で,非接触方式の表面電位計で計測した表面電位に差異は見られない。
2.応力負荷速度が0.1Hzのゆっくりした繰り返し荷重下においても表面電位が測定できる。しかし,静的応力を保持し続けた場合,PVDFフィルムの表面電位は徐々に低下する。
3.2枚の金属板を電気配線で接続した装置を塗装表面と計測プローブの間に挿入することにより,計測プローブを塗装面から離れた場所に置いて表面電位が計測できる。
4.塗装面にPVDFフィルムの接着位置と異方性の向きをマークしておくと,応力測定に便利である。

Research Products

• [Publications] 藤本由紀夫: "PVDFフィルムを用いた塗装構造部材の応力モニタリング"非破壊検査. Vol.52,No.12. 703-708 (2003)
• [Publications] Gang Liu: "Application of PVDF Film to Stress Measurement of Structural Member"Journal of The Society of Naval Architects of Japan. Vol.192. 591-599 (2002)
• [Publications] Yukio Fujimoto: "Piezoelectric Sensor for Stress Intensity Factor Measurement of Two Dimensional Cracks"Engineering Fracture Mechanics. Vol.70. 1203-1218 (2003)
• [Publications] Yukio Fujimoto: "Stress Intensity Factor Measurement of Cracks Using Piezoelectric Element"Experimental Mechanics. (印刷中). (2004)