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。

该研究旨在为带有碳纤维增强塑料（CFRP）和金属蜂窝核心的三明治结构提供自动损伤检测和自动修理功能，这些核心在航空航天领域广泛使用。首先，在损伤检测方面，直到去年才使用FBG传感器，但是今年，我们引入了一种称为脉冲泵前Brillouin光学时域分析（PPP-BOTDA）的新的光纤传感器技术。这使得可以在晶格中夹心面板的粘合剂层中分布在10 cm的空间分辨率下的应变分布，并检测是否会从Brillouin Spectrum的扩大中发现每种10 cm区域内由于撞击损伤而导致的不均匀菌株。因此，我们使用了一个简单的理论方程式，该方程可能会重现去年构建的撞击负载引起的三明治面板的变形行为，并计算了由撞击损伤引起的皮肤凹陷沿着皮肤凹陷的不均匀应变场，并模拟了PPP-BOTDA响应。结果，发现通过使用Brillouin光谱的变化，甚至可以检测到难以在视觉上检测到的大小的损害。因此，以5厘米的间隔在实际三明治面板中形成了光纤传感器网络，并进行了示范实验，并表明撞击损伤检测方法非常有效。接下来，关于损害修复，已确认去年加热SMA蜂窝芯可以修复撞击损害，还可以充分恢复机械性能。因此，今年作为基本实验，我们仅将平面外压缩载荷应用于SMA蜂窝，并以严格的方式检查了变形和恢复行为。结果，发现核心壁表面的屈曲几乎可以通过加热来修复，并且平面外强度降低了大约一半，但是平面外刚度几乎可以恢复到其原始值。此外，该核心的变形行为也可以通过有限元分析来确认。