Development of life-time monitoring technology of CFRP structures using Rayleigh scattering-based distributed sensors

基于瑞利散射的分布式传感器开发CFRP结构寿命监测技术

基本信息

批准号：
20K04182
负责人：
高坂達郎
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Kochi University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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．レイリー散乱型光ファイバ分布センサは長い測定長と高い空間分解能を有するが，それを剥離検出に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．2022年度では，(1)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．特にモードII剥離進展に注目して，剥離の深さ方向位置の影響を明らかにすることを試みた．深さ方向位置の異なる剥離損傷が導入されたCFRP積層板を製作し，ENF（end-notch fracture）試験により層間剝離進展によるひずみ分布の変動の測定を行った．その結果，，剥離の深さ方向位置がひずみ分布に大きな影響を与えることを明らかにした．さらにはり理論および有限要素解析を用いたひずみ分布結果と比較して，どの深さ位置においても層間剥離先端でピークまたは大きな変動が生じることを明らかにした．よって，光ファイバセンサにより層間剥離先端の位置検出および深さ位置の推定が可能であることを明らかにした．今後は剥離先端および深さ位置を試みる．さらに2022年度には，(2)温度を負荷して，閉じた層間剥離の検出を温度分布から検出する可能性を検討する試みを開始した．実験および解析結果より，光ファイバセンサによる温度測定から閉じた層間剥離の同定の可能性を示すことが出来た．

CFRP结构具有出色的特定强度和特定的刚性，但其高成本是一个缺点。如果我们可以掌握从制造业到运营的CFRP结构的缺陷和损害，我们可以期望降低制造和运营成本并提高可靠性。尽管雷利散射类型的光纤分布传感器具有很长的测量长度和高空间分辨率，但很少有研究将其应用于分层检测。因此，在这项研究中，我们将开发一种在操作过程中识别分层损害的方法，其最终目标是建立终身监测技术，该技术使用瑞利散射分配传感器使用单个传感器来监视CFRP结构的生产和处置。在2022财年，进行了研究，目的是通过理论分析将二维形状的剥离形式与测得的应变扭曲场联系起来。我们专门针对II模式剥离开发，并试图阐明在深度方向上剥离的位置的影响。 CFRP层压板在不同的深度方向上用剥离损伤制造，并使用ENF（末端 - 通用骨折）测试测量了由于层间分离膨胀而导致的应变分布变化。结果，揭示了剥离在深度方向上的位置对应变分布有重大影响。此外，与使用梁理论和有限元分析的应变分布结果相比，揭示了在任何深度时在分层尖端发生的峰或较大的变化。因此，可以使用光纤传感器检测到分层尖端和深度估计的位置。将来，我们将尝试定位剥落的尖端和深度。此外，在2022财年，我们开始尝试研究（2）从温度分布中检测封闭的分层检测的加载温度的可能性。实验和分析结果表明，使用光纤传感器从温度测量中识别闭合分层的可能性。