光ファイバセンサ出力からの逆解析による複合材料積層板中の損傷発生位置の同定

通过光纤传感器输出的反分析识别复合材料层压板中的损伤位置

基本信息

批准号：
14750718
负责人：
岡部洋二
金额：
$ 2.18万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

外径52μmの細径FBG(Fiber Bragg Grating)センサを炭素繊維強化プラスチック(CFRP)複合材料中に埋め込み、そのセンサからの反射光パワースペクトルの形状変化を調べることで、CFRP積層板内部に発生した微視的なクラックおよび層間剥離を検出可能になった。しかし、さらに位相スペクトルも測定して複素反射光スペクトルを求め、そこから逆解析で損傷発生位置を同定する試みについては、積層板中の非朝対称熱残留ひずみの影響が問題になることが昨年度明らかとなった。そこで今年度は、反射光スペクトルの計算プログラムに、非軸対称ひずみによって生じる複屈折効果を組み込んだ。これにより、CFRP積層板中に埋め込んだFBGセンサからの反射光スペクトルの、損傷発生による形状変化を、より正確にシミュレーションできるようになった。さらに、その理論計算による反射光スペクトルを、実験で測定した反射光スペクトルに一致させていくことで、クラック発生初期段階におけるクラック位置を同定可能となった。また、新しい損傷位置同定の手法として、チャープFBGを用いた方法を確立した。チャープFBGセンサとは、グレーティング内部で格子間隔が連続的に変化しているFBGで、一般的なFBGセンサとは異なり、このチャープFBGセンサからの反射光スペクトルは広帯域であり、そのスペクトル内の各波長がグレーディング内の各位置に対応している。よって、そのスペクトルに乱れが生じると、その波長から直接、グレーティング中の損傷位置を同定することが可能となる。この手法を用いて、CFRP積層板中に発生したクラックおよび層間剥離の位置を同定可能にした。

通过将外径为 52 μm 的小直径 FBG（光纤布拉格光栅）传感器嵌入碳纤维增强塑料（CFRP）复合材料中，并检查传感器反射光功率谱的形状变化，我们能够研究传感器反射光功率谱形状的变化，现在可以检测到微观裂纹和分层。然而，在试图进一步测量相位光谱以获得复杂的反射光谱并使用逆分析来识别损坏位置时，去年发现层压板中不对称热残余应变的影响成为一个问题。变得清晰起来。因此，今年我们将非轴对称应变引起的双折射效应纳入到反射光谱计算程序中。这使得能够更准确地模拟由于嵌入 CFRP 层压板中的 FBG 传感器反射光谱损坏而导致的形状变化。此外，通过将理论计算的反射光谱与实验测量的反射光谱进行匹配，可以在裂纹产生的初始阶段识别裂纹位置。我们还建立了一种使用线性调频光纤光栅的新损伤位置识别方法。线性调频光纤光栅传感器是一种晶格间距在光栅内部连续变化的光纤光栅。与一般光纤光栅传感器不同，这种线性调频光纤光栅传感器的反射光谱是宽带的，每个A波长对应于分级内的每个位置。因此，当光谱出现扰动时，可以根据波长直接识别光栅损伤的位置。使用这种方法，我们能够识别 CFRP 层压板中发生裂纹和分层的位置。