損傷検知・回復能力を有したスマートサンドイッチパネルの構築

具有损伤检测和恢复能力的智能夹芯板的构建

基本信息

批准号：
18760605
负责人：
岡部洋二
金额：
$ 2.24万
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：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

航空宇宙分野で広く使用されている、表皮が炭素繊維強化プラスチック(CFRP)でコアが金属ハニカムのサンドイッチ構造に対して、自己損傷検知と自己損傷修復の機能を付与することを研究目的とする。まず損傷の検知に関しては、昨年度まではFBGセンサを用いてきたが、本年度では新たな光ファイバセンサ技術として、Pulsed Pre-pump Brillouin Optical Time Domain Analysis (PPP-BOTDA)と呼ばれる手法を導入した。これにより、サンドイッチパネルの接着層内に格子状に張り巡らした光ファイバに対して、空間分解能10cmでのひずみ分布を計測可能となるとともに、その各10cmの領域内に、衝撃損傷に伴う不均一ひずみが発生したかどうかをブリルアンスペクトルの幅の広がりから検出可能となる。そこで、昨年度に構築した、サンドイッチパネルの衝撃荷重による変形挙動を再現できる簡便な理論式を用い、衝撃損傷による表皮のくぼみに沿った不均一ひずみ場を計算して、PPP-BOTDAの応答をシミュレーションした。その結果、ブリルアンスペクトルの変化を用いることで、目視発見が困難な大きさの衝撃損傷でさえも検知できることがわかった。そこで実際のサンドイッチパネル内に5cm間隔で光ファイバセンサ網を形成し、実証実験を行ったところ、その衝撃損傷検知手法の高い有効性が示された。次に損傷修復に関しては、昨年度、SMAハニカムコアを加熱することで、衝撃損傷を修復できるとともに、力学的特性も十分に回復することが確認できている。そこで本年度は、その基礎実験としてSMAハニカム単体に一様な面外圧縮荷重を与え、その変形と回復挙動を厳密に調べた。その結果、コア壁面の座屈は加熱によってほぼ修復でき、面外強度は約半分まで低下するが、面外剛性はほぼ元の値に回復できることがわかった。さらに、このコアの変形挙動は、有限要素解析によっても確認することができた。

这项研究的目的是为夹层结构添加自损伤检测和自损伤修复功能，这种夹层结构广泛应用于航空航天领域，具有碳纤维增强塑料（CFRP）表皮和金属蜂窝芯。首先，关于损伤检测，直到去年我们一直在使用 FBG 传感器，但今年我们引入了一种新的光纤传感器技术，称为脉冲预泵浦布里渊光时域分析 (PPP-BOTDA)。这使得可以以10cm的空间分辨率测量在夹层板的粘合层内以格子图案拉伸的光纤的应变分布，可以通过布里渊光谱的展宽来检测是否发生变形。。因此，我们使用去年开发的一个简单的理论公式，可以重现夹芯板因冲击载荷而产生的变形行为，计算了冲击损伤引起的沿蒙皮凹陷的非均匀应变场，并模拟了PPP-BOTDA的响应。做过。结果表明，即使是肉眼难以察觉的冲击损伤也可以通过布里渊频谱的变化来检测。因此，我们在实际的夹芯板内部以5cm的间隔组成了光纤传感器网络，并进行了演示实验，证明了这种冲击损伤检测方法的高效性。接下来，关于损伤修复，去年我们确认通过加热SMA蜂窝芯，可以修复冲击损伤，并可以完全恢复机械性能。因此，今年，作为基础实验，我们对单个 SMA 蜂窝体施加均匀的面外压缩载荷，并严格研究其变形和恢复行为。结果发现，通过加热，核心壁表面的屈曲几乎可以完全修复，虽然面外强度下降到一半左右，但面外刚度几乎可以恢复到原来的水平。原始值。此外，该核心的变形行为也可以通过有限元分析来证实。