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结构具有优异的比强度和比刚度，但成本高是一个瓶颈。如果可以从制造到运行期间识别 CFRP 结构的缺陷和损坏，则可以降低制造和运行成本并提高可靠性。瑞利散射光纤分布传感器具有测量长度长、空间分辨率高的特点，但将其应用于剥离检测的研究还很少。因此，在本研究中，我们使用瑞利散射型分布式传感器，最终目标是构建一种寿命监测技术，用一个传感器监测 CFRP 结构从制造到处置的整个过程。我们将开发一种识别运行过程中分层损坏的方法。 2022财年，我们进行了研究，目的是（1）通过理论分析将二维分层形态与测量的应变扰动场联系起来；我们特别关注 II 型分层生长，并试图阐明分层深度位置的影响。我们制作了在深度方向的不同位置引入剥离损伤的CFRP层压板，并使用ENF（端部缺口断裂）测试测量了由于分层的进展而导致的应变分布的变化。结果表明，分层的深度位置对应变分布有很大影响。此外，通过比较梁理论和有限元分析的应变分布结果，我们发现在任何深度的分层尖端处都会出现峰值或较大的波动。因此，可知可以使用光纤传感器来检测剥离前端的位置并推定深度位置。今后，我们将尝试确定剥离的尖端和深度。此外，在 2022 财年，我们将开始尝试 (2) 应用温度来检查从温度分布检测闭合分层的可能性。根据实验和分析结果，我们能够证明使用光纤传感器通过温度测量识别闭合分层的可能性。