JP2001318070A

JP2001318070A - 複合材料の剥離検出装置および剥離検出方法

Info

Publication number: JP2001318070A
Application number: JP2000133107A
Authority: JP
Inventors: Akira Todoroki; 章轟
Original assignee: Rikogaku Shinkokai
Current assignee: Rikogaku Shinkokai
Priority date: 2000-05-02
Filing date: 2000-05-02
Publication date: 2001-11-16

Abstract

(57)【要約】【課題】複合材料に発生する層間剥離の位置と大
きさを検出することができる複合材料の剥離検出装置お
よびそれを用いた剥離検出方法を提供する。【解決手段】導電性を有する複合材料２、複合材料に
設けられる電極３、電極に接続される電流発生回路４お
よび電流発生回路４に接続される電気抵抗測定装置５を
備えた複合材料の剥離検出装置１を用い、電極３に電流
を流し、電極３の各電極間の電気抵抗変化を測定し、電
気抵抗変化から複合材料２の剥離の位置および大きさを
検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複合材料の剥離検
出装置および剥離検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】複合材料は金属材料と比較して軽量で高
い強度と剛性を有する力学的特性に優れた構造材料であ
る。そのため、航空機や宇宙機器などの幅広い分野に活
用されている。

【０００３】しかし、積層構造の複合材料は層間強度が
弱いため衝撃荷重や疲労によって層間剥離などの内部損
傷が容易に発生する。この内部損傷は複合材料の強度や
剛性を著しく低下させるが、目視で発見することは困難
である。そのため、複合材料構造の安全性を確保するた
めには、非破壊検査が不可欠である。

【０００４】従来、非破壊検査には超音波やＸ線を用い
た検査方法が用いられていたが、これらは装置が複雑か
つ大型なものとなるため、検査対象の大きさに制限があ
ること、探触子などで検査対象の構造全体を走査するた
めに多大なコストがかかること、検査対象が稼働中の場
合は検査が困難であることなどの問題があった。

【０００５】そのため、複合材料のマトリックス中に測
定プローブを埋設して材料の損傷を検出する手法が提案
されている。しかし、測定プローブを埋設する方法で
は、材料の強度が低下するという問題や既存の構造物に
適用することが困難であるという問題があった。また、
測定プローブは自身が埋設された近傍の損傷だけを検出
するので、材料の損傷を広範囲にわたって検出するため
には多数の測定プローブが必要となる。

【０００６】そこで、複合材料のマトリックス中に導電
体を埋設し、その導電体の電気抵抗変化あるいは電圧変
化から複合材料の損傷を検出する手法が提案されてい
る。（１）特開昭５８−１９６４５０号公報では、金属材料
に直流電流を流し、電極間の電位差変化から材料の損傷
を検出する方法が提案されている。（２）特開平７−２４４０１０号公報では、ＣＴ試験片
に交流電流を流し、電極間の電圧変化から材料の損傷を
検出する方法が提案されている。

【０００７】また、導電体に導電性繊維を用い、その導
電性繊維の電気抵抗変化あるいは電圧変化から複合材料
の損傷を検出する手法が数多く提案されている。（３）米国特許ＵＳ５８１７９４４号公報では、コンク
リートやプラスチックなどに導電性繊維を複合させ、そ
の導電性繊維の電気抵抗変化から材料の損傷を検出する
方法が提案されている。（４）Ｐ．Ｅ．Ｉｒｖｉｎｇらは、ＳｍａｒｔＭａｔ
ｅｒｉａｌｓａｎｄＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，７，１９
９８，ｐ４５６において、炭素繊維強化複合材料の疲労
損傷を炭素繊維が破断するときの電気抵抗変化から検出
する手法を提案している。（５）Ｊ．Ｃ．Ａｂｒｙらは、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ
ｏｆ４ｔｈＥＳＳＭａｎｄ２ｎｄｃｏｎｆ
ｅｒｅｎｃｅ，Ｈａｒｒｏｇａｔｅ，１９９８，ｐ３８
９において、炭素繊維複合材料の曲げ疲労による繊維損
傷を炭素繊維が破断するときの電気抵抗変化から検出す
る方法を提案している。（６）国内特許ＪＰ１０２５３６１Ａでは、炭素繊維シ
ートをコンクリートに貼り付け、コンクリートの損傷を
炭素繊維の電気抵抗変化からを検出する方法を提案して
いる。（７）Ｄ．Ｄ．Ｌ．Ｃｈｕｎｇらは、Ｐｏｌｙｍｅｒ
Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，ｖｏｌ１８（６），１９９７，
ｐ６９２において、炭素繊維を含み積層構造を有する複
合材料の層間剥離を４電極法による中央２電極間の電気
抵抗変化から検出する方法を提案している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術（１）〜（７）では、複合材料の損傷を検出す
ることはできても、層間剥離の位置と大きさを検出する
ことはできなかった。また、従来技術（７）では層間剥
離の発生を検出してはいるが、剥離の位置と大きさを検
出するには至っていない。

【０００９】本発明は、これらの課題を解決するために
なされたもので、複合材料に発生する層間剥離の位置と
大きさを検出することができる複合材料の剥離検出装置
および剥離検出方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、導電性を有す
る複合材料、複合材料に設けられる電極、電極に接続さ
れる電流発生回路および電流発生回路に接続される電気
抵抗測定装置を備えた、複合材料の剥離検出装置であ
る。

【００１１】また、本発明は、導電性を有する複合材
料、複合材料に設けられる電極、電極に接続される電流
発生回路および電流発生回路に接続される電気抵抗測定
装置を備えた複合材料の剥離検出装置を用い、電極に電
流を流し、電極の各電極間の電気抵抗変化を測定し、電
気抵抗変化から複合材料の剥離の位置および大きさを検
出する、複合材料の剥離検出方法である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。図１に示す複合材料の剥離
検出装置１は、複合材料２、複合材料２に設けられた電
極３、電極３に接続される電流発生回路４および電流発
生回路４に接続される電気抵抗測定装置５を備える。

【００１３】複合材料２の正面図を図２に示す。複合材
料２は、平板状で積層構造を有し、マトリックス中には
導電性材料が含まれている。この導電性材料には、たと
えば、炭素繊維、金属繊維、炭素コーティングされた繊
維などが用いられる。この実施例では、複合材料２に
は、炭素繊維強化エポキシ複合材料（ＣＦＲＰ）である
三菱レイヨン製一方向ＣＦＲＰプリプレグＴＲ３４０Ｍ
１５０ＳＴを用いている。なお、複合材料２の積層構成
は［０／０／９０／９０］ｓ、寸法は長さ２００ｍｍ，
幅１０５ｍｍ，厚さ約１．４ｍｍとした。

【００１４】ＣＦＲＰはエポキシ樹脂のマトリックス中
に炭素繊維を複合させたものであり、電気抵抗の異方性
が極めて強い。電気抵抗の異方性は、炭素繊維の繊維方
向の電気抵抗に対して、繊維方向に垂直な方向の電気抵
抗はおよそ１０００倍にも達する。よって、ＣＦＲＰで
は電流は主に繊維方向に流れるが、炭素繊維は完全な直
線ではなく隣接繊維と接触するネットワーク構造をなし
ているため、電流の一部は繊維と垂直な方向にも流れ
る。また、炭素繊維は積層方向にも上下層が接するネッ
トワーク構造をなしているため、積層方向にも若干の電
流が流れる。

【００１５】電極３は、複合材料２の表面に所定の間隔
で配置されている。電極３は少なくとも３つ以上設けら
れており、複合材料２の繊維方向（表面の０°方位）お
よび繊維に垂直な方向（表面の９０°方位）に配置され
る。

【００１６】電極３が少なくとも３つ以上必要なのは、
電極３の電流方向に隣接する電極間を剥離の位置の水準
とするためである。つまり、たとえば、電極３ａ，３
ｂ，３ｃが所定の間隔で電流方向に配置される場合は、
隣接する電極３ａと電極３ｂの間を水準１、同じく隣接
する電極３ｂと電極３ｃの間を水準２とする。

【００１７】また、電極３を複合材料２の表面の０°方
位および９０°方位に格子状に配置するのは、複合材料
２の剥離の位置を広範囲にわたって検出するためであ
る。つまり、電極３を複合材料の表面または内部に行列
状に配置することによって、広範囲にわたって複合材料
の剥離を検出すことができる。なお、剥離の位置を検出
することを目的としない場合、つまり、剥離の有無と剥
離の大きさのみを検出する場合には、電極３の数は２つ
でもかまわない。

【００１８】この実施例では、電極３には銅箔を用いて
おり、複合材料２の表面９０°方位を行、表面の０°方
位を列とすると、２行５列となるように配置される。ま
た、電極３の寸法は長さ５０ｍｍ，幅１０ｍ，厚さ２０
０μｍ、電極３を配置する間隔は行方向は５ｍｍ，列方
向は４５ｍｍとした。

【００１９】電流発生回路４は電気抵抗ブリッジ回路で
あり、電気抵抗６、電気抵抗７、直流電源８および差動
増幅回路９を備え、電気抵抗測定装置５に接続される。
この実施例では、電気抵抗６の抵抗値は２２Ω、電気抵
抗７の抵抗値は１Ω、直流電流８の電圧は２Ｖとした。
また、差動増幅回路９は、電極間の電気抵抗変化を約１
０００倍に増幅する。これは、剥離の発生に起因する電
極間の電気抵抗変化は０．０１Ω〜０．１Ω程度で微弱
であるためである。

【００２０】電気抵抗測定装置５にはひずみ測定用デー
タロガーを用いる。この実施例では、ひずみ測定用デー
タロガーには共和電業製ＵＣＡＭ１０Ａを用いている。
この電気抵抗測定装置５で測定される電気抵抗変化は、
剥離による電極間の電気抵抗変化（ΔＲ）を剥離が発生
する前の電極間の電気抵抗（Ｒ）で除したものである電
気抵抗比率（ΔＲ／Ｒ）をひずみゲージのゲージ率
（ｋ）で割ったものであり、一般に「ひずみ」とよばれ
る。この実施例では、剥離が発生する前の電極間の電気
抵抗（Ｒ）は約０．８Ω、ひずみゲージのゲージ率
（ｋ）は約４０倍であった。

【００２１】次に、この複合材料の剥離検出装置１を用
いて、複合材料２の剥離の位置と大きさを検出する方法
について説明する。本発明では、複合材料２に設けた電
極３の電極間に電流発生回路４によって一定電流を流
し、そのときの電極間の電気抵抗変化を電気抵抗測定装
置５によって計測し、その測定値から剥離の位置と大き
さを水準として検出する。

【００２２】電気抵抗変化から剥離の位置と大きさを検
出する方法としては、応答曲面法、ニューラルネットワ
ーク法、補間法、誤差最小化法、統計的検定法、ニュー
ラルネットワークによる学習用データあるいは学習用デ
ータから近似的に作成されたデータとの類似性判定によ
る方法、構造全体あるいは構造の一部の電気抵抗変化の
逆解析をする方法などがあるが、この実施例では応答曲
面法を用いている。

【００２３】応答曲面法では、まず、剥離の位置と大き
さを変数とし電極間の電気抵抗変化を応答とした順問題
応答曲面を作成する。次に、この順問題応答曲面を用い
て、複合材料の多数の点での電気抵抗変化を近似的に求
めた近似データ群を作成する。そして、この近似データ
群から実験計画を実施し、電極間の電気抵抗変化を変数
とし剥離の位置と大きさを応答とした逆問題応答曲面を
作成する。そして、複合材料の剥離の位置と大きさを検
出する際には、電極間の電気抵抗変化を測定し、その測
定値を逆問題応答曲面に適用して剥離の位置と大きさを
推定する。

【００２４】詳しく説明すると、まず、図３に示すよう
に、リング治具１０と球形圧子１１を用いて、複合材料
２の内部に剥離を発生させる実験を実施する。このと
き、剥離の位置を８水準、剥離の大きさを３水準とし、
すべての水準の組合せ（２４水準）についての実験を実
施する。また、実験値に誤差が含まれることを考慮し
て、それぞれの場合において３回の実験を実施する。

【００２５】剥離の位置の水準は、電極３の電流方向に
隣接する電極間をそれぞれの位置水準とする。剥離の位
置は本来は連続量であるが、本発明ではそれを離散化し
た水準とした。つまり、隣接する電極間内に存在する剥
離は、すべて同一の位置水準に存在すると見なした。ま
た、剥離の大きさの水準は、水準１を２０ｍｍ未満、水
準２を２０ｍｍ以上３０ｍｍ未満、水準３を３０ｍｍ以
上とした。

【００２６】この実験によって発生した剥離の位置と大
きさは、超音波探査映像装置によって測定される。この
実施例では、超音波探査映像装置には日立建機製ＡＴ５
０００を用いている。超音波探査映像装置によって撮影
された、複合材料２の内部に発生した剥離の探査映像写
真（Ｃスキャン影像）の一例を図４に示す。図４は複合
材料２の表面から見た写真であり、図中の蝶の羽根のよ
うな形状をした部分が剥離である。この剥離は、複合材
料１の内部に完全に埋没している層間剥離である。ここ
では、剥離のほぼ中央にある蝶の羽根の付け根に当たる
部分を剥離の位置とし、剥離の最大寸法を剥離の大きさ
とした。

【００２７】次に、電流発生回路４によって電極３の電
流方向に隣接する電極間に測定電流を流し、電気抵抗測
定装置５によって剥離の発生前後の電極間の電気抵抗変
化を測定する。なお、電気抵抗変化は、すべての電極間
において測定される。図５および図６は、電気抵抗測定
装置５によって測定された電気抵抗変化すなわちひずみ
の実測例を示した図である。図５は、剥離が１つの列内
に発生した場合で、剥離が発生した水準で大きなひずみ
が、剥離が発生した水準の列方向に隣接する水準で小さ
なひずみがそれぞれ測定される。また、図６は、剥離が
２つの行（表面の９０°方位）にまたがって発生した場
合で、剥離が発生した水準の行方向に隣接する水準でそ
れぞれひずみが測定される。

【００２８】このように、剥離が発生した水準以外でも
ひずみが測定されるのは、ＣＦＲＰの電気抵抗の異方性
に起因するものである。詳しく説明すると、列方向に隣
接する電極間に電流を流したとき、ほとんどの電流は複
合材料２の繊維方向に流れるが、一部の電流は繊維方向
に垂直な方向に流れる。この繊維方向に垂直な方向に流
れた電流は、測定電流を流している電極間を越えて流
れ、その電極間の外側から測定電極を流している電極に
戻る。そのため、剥離が近傍に存在すれば、その水準内
に剥離が存在しなくても電流が流れ、ひずみが測定され
ることとなる。

【００２９】以上の実験結果から、剥離の位置の水準と
剥離の大きさの水準を変数とし電極間のひずみを応答と
した順問題応答曲面を作成する。順問題応答曲面は、剥
離の位置の水準の数だけ作成する。求めた順問題応答曲
面の２次多項式を式（１）に示す。

【００３０】式（１）Ｃｉ＝β₀＋β₁ｘ＋β₂ｙ＋β₃ｓ＋β₄ｘｙ＋β₅
ｘｓ＋β₆ｙｓ＋β₇ｘ² ₊β₈ｙ²＋β₉ｓ² （ｉ
＝１，２，３，４，５，６，７，８）

【００３１】Ｃｉは各電極間のひずみを示す。また、剥
離の位置には水準ではなく複合材料２の表面の角部から
の距離を用いた。つまり、剥離の位置は、材料の表面の
０°方位の位置をｘ、９０°方位の位置をｙとして表
す。また、剥離の寸法をｓ、最小２乗法で決定されるそ
れぞれ項の係数をβ₁〜β₉とする。それぞれの項の係
数を表１に示す。なお、式（１）は最大の項数を表した
ものであり、回帰を悪化させる項は重回帰の時に消去法
によって除去している。そのため、回帰を悪化させる項
はβ＝０として表１には記載していない。

【００３２】

【表１】

【００３３】そして、この順問題応答曲面を用いて、複
合材料１の多数の点でのひずみを近似的に求めた近似デ
ータ群を作成する。具体的には、まず、この順問題応答
曲面に、剥離の位置ｘ、剥離の位置ｙ、剥離の寸法ｓの
数値を代入し、多数の点でのひずみの近似データを求め
る。剥離の位置は、ｘは２０ｍｍから８０ｍｍまで５ｍ
ｍ間隔で代入し、ｙは１３ｍｍから２５ｍｍまで０．５
ｍｍ間隔で代入する。また、剥離の寸法は、１３ｍｍか
ら２２ｍｍまで０．５ｍｍ間隔で代入する。

【００３４】そして、この多数の近似データ群と実験値
から実験計画を実施し、電極間のひずみを変数とし剥離
の位置の水準と剥離の大きさの水準を応答とする逆問題
応答曲面を作成する。実験計画は、計算機支援実施計画
のＤ最適基準を用いる。また、実験計画には、順問題応
答曲面の作成に使用した実験点は必ず含まれるようにす
る。なお、剥離の位置の水準を推定する逆問題応答曲面
は、列水準を推定する応答曲面と行水準を推定する応答
曲面に分割して作成される。求めた逆問題応答曲面の２
次多項式を式（２）に示す。

【００３５】式（２）ｘ＝β₀＋β₁Ｃ₁＋β₂Ｃ₂＋β₃Ｃ₃＋β₄Ｃ₄＋
β₅Ｃ₅＋β₆Ｃ₆＋β₇Ｃ_{7 +}β₈Ｃ₈＋β₉Ｃ₁ ²＋
β₁₀Ｃ₂ ²＋β₁₁Ｃ₃ ²＋β₁₂Ｃ₄ ²＋β₁₃Ｃ₅ ²＋β ₁₄Ｃ₆ ²＋
β₁₅Ｃ₇ ² ₊β₁₆Ｃ₈ ²＋β₁₇Ｃ₁Ｃ₂＋β₁₈Ｃ₁Ｃ₃＋β
₁₉Ｃ₁Ｃ₄＋β ₂₀Ｃ₁Ｃ₅＋β₂₁Ｃ₁Ｃ₆＋β₂₂Ｃ₁Ｃ
₇＋β₂₃Ｃ₁Ｃ₈＋β₂₄Ｃ₂Ｃ₃＋β₂₅Ｃ₂Ｃ₄＋β₂₆
Ｃ₂Ｃ₅＋β₂₇Ｃ₂Ｃ₆＋β₂₈Ｃ₂Ｃ₇＋β₂₉Ｃ₂Ｃ₈
＋β₃₀Ｃ ₃Ｃ₄＋β₃₁Ｃ₃Ｃ₅＋β₃₂Ｃ₃Ｃ₆＋β₃₃Ｃ
₃Ｃ₇₊β₃₄Ｃ₃Ｃ₈＋β₃₅Ｃ₄Ｃ ₅＋β₃₆Ｃ₄Ｃ₆＋β
₃₇Ｃ₄Ｃ₇＋β₃₈Ｃ₄Ｃ₈＋β₃₉Ｃ₅Ｃ₆＋β₄₀Ｃ₅Ｃ
₇＋β₄₁Ｃ₅Ｃ₈＋β₄₂Ｃ₆Ｃ₇＋β₄₃Ｃ₆Ｃ₈＋β₄₄
Ｃ₇Ｃ₈

【００３６】式（２）に示したのは、剥離の位置の列水
準（ｘ方向）を推定する逆問題応答曲面であるが、剥離
の位置の行水準（ｙ方向）を推定する応答曲面と剥離の
大きさの水準を推定する応答曲面も式（２）と同様の形
となる。最小２乗法で決定されるそれぞれ項の係数を表
２に示す。なお、式（２）は最大の項数を表したもので
あり、回帰を悪化させる項は重回帰の時に消去法によっ
て除去している。そのため、回帰を悪化させる項は表に
は記載していない。

【００３７】

【表２】

【００３８】以上、電極間の電気抵抗変化を計測する手
法として電気抵抗ブリッジ法を用いた場合の実施例を説
明した。次に、電極間の電気抵抗変化を計測する手法と
して電圧変化法を用いた場合の実施例について説明す
る。電圧変化法とは、電気抵抗ブリッジ法と同様に、電
極間の電気抵抗変化を測定する方法である。電気抵抗ブ
リッジ法では、電流入力電極と測定電極は同一で、隣接
する電極間に電流を流して電極間の電気抵抗変化を測定
していた。これに対し、電圧変化法では、電流入力電極
と測定電極を別に設け、比較的大きな領域に電流を流し
て電極間の電圧変化を測定する。

【００３９】電圧変化法を用いた場合の複合材料の剥離
検出装置１を図７に示す。剥離検出装置１は、複合材料
２に設けられた電極３に一定電流を流す定電流回路１
２、電極間の電圧変化を約１０００倍に増幅する差動増
幅回路１３、電極間の電圧変化を測定するデータロガー
１４を備える。データロガー１３には、電気抵抗ブリッ
ジ法のときと同様に、共和電業製のひずみ測定用データ
ロガー（ＵＣＡＭ１０Ａ）を用いた。

【００４０】定電流回路１２は、電流方向の一端側に配
置される電極３に接続されている。そして、電流方向の
一端側の電極３を入力、他端側の電極３を接地として、
両者の間に一定の電流を流す。なお、一端側の電極３と
他端側の電極３は、それぞれリード線によって短絡され
ている。そのため、剥離の位置の行水準が異なる場合で
も、測定される電圧変化は同様の挙動を示す。

【００４１】そして、電気抵抗ブリッジ法のときと同様
に、複合材料２に剥離を発生させる実験を実施し、剥離
の発生前後の電極間の電圧変化を測定する。実験によっ
て必要数の実験値を取得した後、電気抵抗ブリッジ法の
ときと同様の方法で、電極間の電圧変化を変数とし剥離
の位置の水準と剥離の大きさの水準を応答とした逆問題
応答曲面を作成する。電圧変化法の順問題応答曲面の２
次多項式を式（３）に、逆問題応答曲面の２次多項式を
式（４）に示す。また、順問題応答曲面のそれぞれ項の
係数を表３に、逆問題応答曲面のそれぞれ項の係数を表
４に示す。なお、式（３）および式（４）は最大の項数
を表したものであり、回帰を悪化させる項は重回帰の時
に消去法によって除去している。そのため、回帰を悪化
させる項は表には記載していない。

【００４２】式（３）Ｖｉ＝β₀＋β₁ｘ＋β₂ｙ＋β₃ｓ＋β₄ｘｙ＋β₅
ｘｓ＋β₆ｙｓ＋β₇ｘ² ₊β₈ｙ²＋β₉ｓ² （ｉ
＝１，２，３，４，５，６，７，８）式（４）ｘ＝β₀＋β₁Ｖ₁＋β₂Ｖ₂＋β₃Ｖ₃＋β₄Ｖ₄＋
β₅Ｖ₅＋β₆Ｖ₆＋β₇Ｖ_{7 +}β₈Ｖ₈＋β₉Ｖ₁ ²＋
β₁₀Ｖ₂ ²＋β₁₁Ｖ₃ ²＋β₁₂Ｖ₄ ²＋β₁₃Ｖ₅ ²＋β ₁₄Ｖ₆ ²＋
β₁₅Ｖ₇ ² ₊β₁₆Ｖ₈ ²＋β₁₇Ｖ₁Ｖ₂＋β₁₈Ｖ₁Ｖ₃＋β
₁₉Ｖ₁Ｖ₄＋β ₂₀Ｖ₁Ｖ₅＋β₂₁Ｖ₁Ｖ₆＋β₂₂Ｖ₁Ｖ
₇＋β₂₃Ｖ₁Ｖ₈＋β₂₄Ｖ₂Ｖ₃＋β₂₅Ｖ₂Ｖ₄＋β₂₆
Ｖ₂Ｖ₅＋β₂₇Ｖ₂Ｖ₆＋β₂₈Ｖ₂Ｖ₇＋β₂₉Ｖ₂Ｖ₈
＋β₃₀Ｖ ₃Ｖ₄＋β₃₁Ｖ₃Ｖ₅＋β₃₂Ｖ₃Ｖ₆＋β₃₃Ｖ
₃Ｖ₇₊β₃₄Ｖ₃Ｖ₈＋β₃₅Ｖ₄Ｖ ₅＋β₃₆Ｖ₄Ｖ₆＋β
₃₇Ｖ₄Ｖ₇＋β₃₈Ｖ₄Ｖ₈＋β₃₉Ｖ₅Ｖ₆＋β₄₀Ｖ₅Ｖ
₇＋β₄₁Ｖ₅Ｖ₈＋β₄₂Ｖ₆Ｖ₇＋β₄₃Ｖ₆Ｖ₈＋β₄₄
Ｖ₇Ｖ₈

【００４３】

【表３】

【００４４】

【表４】

【００４５】式（４）に示したのは、剥離の位置の列水
準（ｘ方向）を推定する逆問題応答曲面であるが、剥離
の位置の行水準（ｙ方向）を推定する応答曲面と剥離の
大きさの水準を推定する応答曲面も式（４）と同様の形
となる。以上のように、電極間の電気抵抗変化を計測
する手法として電圧変化法を用いることもできる。

【００４６】なお、この実施例では、電気抵抗変化から
剥離の位置の水準と剥離の大きさの水準を検出する方法
としては応答曲面法を用いたが、ニューラルネットワー
ク法、補間法、誤差最小化法、統計的検定法、ニューラ
ルネットワークによる学習用データあるいは学習用デー
タから近似的に作成されたデータとの類似性判定による
方法、構造全体あるいは構造の一部の電気抵抗変化の逆
解析をする方法などを用いることもできる。また、電気
抵抗変化から統計的手法によって前記複合材料の異常を
判定することもできる。

【００４７】

【効果】以上のことから、本発明によれば、複合材料に
設けた電極に電流を流し、電極の各電極間の電気抵抗変
化を測定することによって、複合材料に発生する剥離の
位置と大きさを検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の複合材料の剥離検出装置を示す図解図
である。

【図２】複合材料の正面図である。

【図３】複合材料の内部に剥離を発生させる実験装置を
示した図解図である。

【図４】複合材料の内部に発生した剥離を超音波探査映
像装置によって撮影した探査映像写真の一例である。

【図５】電気抵抗測定装置によって測定したひずみの実
測例を示した図である。

【図６】電気抵抗測定装置によって測定したひずみの実
測例を示した図である。

【図７】電圧変化法を用いた場合の複合材料の剥離検出
装置を示す図解図である。

【符号の説明】

１剥離検出装置２複合材料３電極４電流発生回路５電気抵抗測定装置６電気抵抗７電気抵抗８直流電源９差動増幅回路１０リング治具１１球形圧子１２定電流回路１３差動増幅回路１４データロガー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性を有する複合材料、前記複合材料に
設けられる電極、前記電極に接続される電流発生回路お
よび前記電流発生回路に接続される電気抵抗測定装置を
備えた、複合材料の剥離検出装置。
【請求項２】前記電極は少なくとも３つ以上設けられ
る、請求項１に記載の複合材料の剥離検出装置。
【請求項３】前記電極は格子状に配置される、請求項１
ないし２に記載の複合材料の剥離検出装置。
【請求項４】導電性を有する複合材料、前記複合材料に
設けられる電極、前記電極に接続される電流発生回路お
よび前記電流発生回路に接続される電気抵抗測定装置を
備えた複合材料の剥離検出装置を用い、前記電極に電流を流し、前記電極の各電極間の電気抵抗
変化を測定し、前記電気抵抗変化から前記複合材料の剥
離の位置および大きさを検出する、複合材料の剥離検出
方法。
【請求項５】前記電気抵抗変化は電気抵抗ブリッジ法に
よって測定される、請求項４に記載の複合材料の剥離検
出方法。
【請求項６】前記電気抵抗変化は電圧変化法によって測
定される、請求項４に記載の複合材料の剥離検出方法。
【請求項７】前記剥離の位置および大きさは水準として
検出される、請求項４ないし６のいずれかに記載の複合
材料の剥離検出方法。
【請求項８】前記電気抵抗変化から応答曲面法によって
前記複合材料の剥離の位置および大きさを検出する、請
求項４ないし６のいずれかに記載の複合材料の剥離検出
方法。
【請求項９】前記電気抵抗変化からニューラルネットワ
ーク法によって前記複合材料の剥離の位置および大きさ
を検出する、請求項４ないし６のいずれかに記載の複合
材料の剥離検出方法。
【請求項１０】前記電気抵抗変化から補間法によって前
記複合材料の剥離の位置および大きさを検出する、請求
項４ないし６のいずれかに記載の複合材料の剥離検出方
法。
【請求項１１】前記電気抵抗変化から誤差最小化法によ
って前記複合材料の剥離の位置および大きさを検出す
る、請求項４ないし６のいずれかに記載の複合材料の剥
離検出方法。
【請求項１２】前記電気抵抗変化から統計的検定法によ
って前記複合材料の剥離の位置および大きさを検出す
る、請求項４ないし６のいずれかに記載の複合材料の剥
離検出方法。
【請求項１３】前記電気抵抗変化からニューラルネット
ワークによる学習用データあるいは学習用データから近
似的に作成されたデータとの類似性判定によって前記複
合材料の剥離の位置および大きさを検出する、請求項４
ないし６のいずれかに記載の複合材料の剥離検出方法。
【請求項１４】前記電気抵抗変化から構造全体あるいは
構造の一部の電気抵抗変化の逆解析をすることによって
前記複合材料の剥離の位置および大きさを検出する、請
求項４ないし６のいずれかに記載の複合材料の剥離検出
方法。
【請求項１５】前記電気抵抗変化から統計的手法によっ
て前記複合材料の異常を判定する、請求項４ないし６の
いずれかに記載の複合材料の剥離検出方法。