レーザー誘起プラズマによる航空機複合材構造の完全非接触損傷同定技術の構築

利用激光诱导等离子体开发飞机复合材料结构完整非接触损伤识别技术

• 批准号: 22H01692
• 负责人: 武田 真一
• 金额: $ 10.82万
• 依托单位: Japan Aerospace EXploration Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01692/
• 关键词: 損傷同定; レーザ誘起プラズマ; ラム波; 複合材; 非接触; 完全非接触; 航空機複合材構造

レーザ誘起プラズマ（LIP）技術を応用したラム波発生手法と可視化手法を組み合わせ、ラム波の発生および評価の双方を非接触とした独自の完全非接触方式を採用する。この方式は従来の接触式の持つ構造への悪影響が少なく、曲面や補強構造などを有する複雑形状の構造にも適している。最初にLIPを用いて発生したラム波の真の伝播挙動を実験により把握する。また、CFRP複合材の内部損傷のモデル化と材料異方性を考慮した伝播理論を組み合わせ、解析によりラム波伝播挙動を明らかにする。得られた基礎的知見をもとに、航空宇宙向けのCFRP構造に適した完全非接触損傷同定技術を確立することが目的となる。初年度は課題１として設定した「完全非接触ラム波発生・評価技術の構築」を目指し、Nd:YAGレーザを用いてLIPにより衝撃波を発生させ、高振幅かつ高S/N比（高信号雑音比）のラム波をCFRP積層板で発生させるための条件を獲得した。レーザ出力850 mJ、スタンドオフ距離（評価対象との距離）10 mmの条件で、レーザドップラ振動計を用いた可視化手法によりラム波の伝播挙動を把握した。予備試験では80 mm角の小さなCFRP積層板でラム波の発生を確認したが、社会実装が可能と言える400 mm角の積層板まで拡張した。これにより完全非接触方式のラム波発生・評価技術が構築でき、次年度以降の課題においてラム波の伝播挙動を正しく評価可能となった。さらに、次年度に実施する課題2「CFRP積層板の特性が与える影響の解明と解析モデルの修正」のための準備として、ラム波伝播挙動の取得（板厚、繊維配向の影響）にも着手した。

它结合了一种使用激光诱导的等离子体（LIP）技术与可视化方法的羔羊波生成方法，并使用了独特的，完全非接触的系统，该系统同时使用羔羊波的生成和评估是无接触式的。该方法对常规接触类型的结构几乎没有不利影响，适用于具有弯曲表面和增强结构的复杂形状。首先，使用唇部产生的羔羊波的真实传播行为是通过实验确定的。此外，考虑了材料各向异性的CFRP复合材料中内部损害的建模，以通过分析来阐明羔羊波传播行为。基于获得的基本知识，其目的是建立适合航空航天CFRP结构的完全非接触式损害识别技术。在第一年，我们旨在“构建一种完全接触的羊肉波的产生和评估技术”，该技术设置为任务1，并实现了使用ND：yag激光器使用唇部产生冲击波的条件，并在CFRP层压板上生成高振幅和高S/N比（高信号/噪声比）的羊肉波。在850 MJ的激光输出和10 mm的僵持距离（到评估目标）的条件下，使用激光多普勒振动仪使用可视化方法掌握羔羊波的传播行为。在初步测试中，在80毫米正方形的小CFRP层压板上证实了羔羊波的产生，但该胶片扩展到400毫米正方形的400毫米正方形的正方形，这在社会上可以被认为是可能的。这允许建造完全非接触式羔羊波的产生和评估技术，并且可以在下一个财政年度及以后正确评估羔羊波的传播行为。此外，为了准备下一个财政年度第2期，“了解CFRP层压板特征的影响并修改分析模型”，我们还开始获得羔羊波传播行为（板厚度和纤维方向的影响）。