FBG光ファイバセンサを埋め込んだ積層板の逆問題解析による損傷同定

通过嵌入式 FBG 光纤传感器层压板的逆问题分析进行损伤识别

基本信息

批准号：
04J10761
负责人：
矢代茂樹
金额：
$ 1.22万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

複合材料積層板におけるボルト孔などの応力集中部の近傍では,スプリッティング,トランスバースクラックならびに層間はく離が同時に発生する複雑な損傷プロセスを示す。このような複数損傷を検知・監視することは,構造物の健全性を評価する上で必要不可欠である。本研究では,有孔CFRPクロスプライ積層板に発生する損傷の形態を同定するための,埋め込みFBGセンサを利用した2つの新たな手法を提案した。引張試験において,埋め込みFBGセンサの反射光スペクトルは,円孔近傍に発生するスプリッティング,トランスバースクラック,および層間はく離の進展に伴って大きく変化した。この実験結果に対して順解析(損傷解析,光学解析)のみ,負荷ひずみ推定つき順解析,および新たな損傷同定手法を適用した。損傷形態の推定精度と計算効率の観点から,負荷ひずみ推定つき順解析によって最も良い推定が得られることを示した。さらに,損傷同定において,損傷解析から得られる損傷形態を推定の初期値として利用することで,従来(昨年度に提案)の同定手法と同等の推定精度を保つと同時に大幅な計算時間の短縮を実現した。さらに本研究では,格子間隔分布に単調変化を設けたチャープFBGセンサを損傷同定に適用した。まず,有孔CFRPクロスプライ積層板の引張試験を行い,トランスバースクラックや層間はく離の進展に伴って,埋め込みチャープFBGセンサの反射光スペクトルが特定の波長でのみ変化することを示した。逆問題解析に基づくゲージ部のひずみ分布推定を実施し,チャープFBGセンサの反射光スペクトルの波長がひずみ分布を介して損傷形態と一対一対応していることを示した。さらに,スペクトル形状を用いた無負荷時の損傷同定を実施し,チャープFBGセンサの反射光スペクトルが有する位置情報が同定に有益であることを示した。

一个复杂的损伤过程，其中分裂，横向裂纹和间间间距同时发生在应力浓度附近，例如复合层压板中的螺栓孔。对这种多重损害的检测和监测对于评估结构的健康至关重要。在这项研究中，提出了两种使用嵌入式FBG传感器的新方法，以确定穿孔CFRP交叉层压板中发生的损伤形态。在拉伸测试中，随着分裂，横向裂纹和层间间隔的进展，嵌入式FBG传感器的反射光谱发生了显着变化。为此，我们仅应用订单分析（损坏分析，光学分析），带负荷应变估计的顺序分析以及一种新的损坏识别方法。从估计损伤形态和计算效率的估计准确性的角度来看，可以表明，可以通过载荷应变估计的顺序分析获得最佳估计值。此外，在损害识别中，从损坏分析获得的损害形式被用作估计的初始值，并且估计精度与常规鉴定方法（建议去年建议）保持可比性，同时大大缩短了计算时间。此外，在这项研究中，将晶格间距分布单调变化的CHIRP FBG传感器应用于损伤鉴定。首先，我们在穿孔的CFRP交叉层压板上进行了拉伸测试，并表明嵌入式CHIRP FBG传感器的反射光谱仅在特定波长下随着横向裂纹和层间分离的进展而发生变化。我们基于反问题分析对仪表部分进行了应变分布估计，并表明CHIRP FBG传感器反射光谱的波长与损伤形态通过应变分布相对应。此外，使用光谱形状进行无负载下的损伤识别，表明Chirp FBG传感器反射光谱中包含的位置信息对识别有益。