JP2009047639A - Cfrp板貼付域の疲労き裂進展のモニタリング方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】鋼製材料に導入されたき裂を炭素繊維強化プラスチック(CFRP)板で補修した構造物におけるき裂進展状況をモニタリングする方法であって、前記き裂の先端部からき裂進展方向のき裂未進展部の任意の基準点と、該基準点とき裂先端部との間の任意の1点の少なくとも2点間の前記CFRP板表面上のひずみ差を経時的にモニタリングし、ひずみ差の増大傾向からき裂の進展状況が把握でき、また、ひずみ差のピーク値からき裂が基準点を通過する状況が把握できる。
【選択図】図8
Description
(解析モデルと解析方法)
対象とした疲労き裂は有限幅板中の貫通き裂とし、一様な引張応力σnによってき裂が進展する場合についてモデル化して検討を行った。まず、き裂長さとCFRP板上のひずみ変化の関係を把握するため、汎用有限要素解析プログラム「MARC2005」(商品名、エムエスシーソフトウェア株式会社製)を適用して、FEM解析を行った。解析モデルについては、図1に示すように、中心に長さ2aの貫通き裂を有する鋼板1(55×6×260mm,SS400)の両面に、CFRP板2(50×1.2×100mm)がエポキシ樹脂接着剤で貼付されたケースを解析対象とした。全体のうち、対称性を考慮して斜線部分をソリッド要素でモデル化した。表1に材料物性値を示す。CFRP板は直交異方性材料として考慮した。CFRP板の厚さを1.2mm、接着層の厚さを0.4mm、き裂幅を0.1mmとした。ここでは、き裂長さaをパラメータとして、2.0〜27.5mm(全断面破断時)まで0.5mm間隔で変化させ、き裂を生じていないケースを含め、合計53ケースの解析モデルを作成して検討を行った。また、図2にき裂近傍の要素分割図を示す。き裂近傍のひずみを正確に把握するため、き裂近傍の要素分割を細かくし、一辺の最小寸法は0.05mmとした。荷重条件については、100MPaの一様な引張応力σnを作用させた。着目点は、き裂進展上のCFRP板表面の軸方向ひずみとし、図2に併記したように後述する実験と同様な位置とした。
(試験片と実験方法)
き裂進展のモニタリングの可能性と解析結果の妥当性を検証するために、疲労試験を実施した。試験片については、図1に示したように鋼板の中央部にφ2の円孔を有し、幅方向に1mmのソーカットを入れたものを用いた(円孔の中心をき裂の始点とし、この疲労試験開始時のき裂長さa0を2mmとした。)。はじめに、初期き裂長さaiが10mmとなるまで繰返し載荷を行って、き裂を進展させた後、一旦、試験機から取り外して、エポキシ樹脂接着剤を用いて両面にCFRP板(50×1.2×100mm)を貼付した。エポキシ樹脂接着剤の厚さは,呼び径0.4mmのガラスビーズを用いて管理した。さらに,接着後、約40℃で1週間養生した。
疲労試験を行った結果、CFRP板の貼付後、き裂は徐々に進展し、半振幅を除いた繰返し回数が約130万回に達した時点で試験片の片端へき裂が到達し、破断した。試験片の破断面の一例を図9に示す。図より、試験片中心から左右の両端部へ向かってき裂が進展していく様子が解る。ここでは、左側(L部)が先行して破断したため、右側(R部)の残りはバンドソーで切断した。なお、L部の端部にき裂が到達し、片側のみが破断した段階で試験を終了したが、この時点でもCFRP板のはく離は生じなかった。破断面のビーチマークを計測するために、ディスクグラインダーでCFRP板を切削することで除去した。
2 CFRP板
3 ひずみゲージ
Claims (4)
- 鋼製材料に発生した疲労き裂を炭素繊維強化プラスチック(CFRP)板で補修した構造物におけるき裂進展状況をモニタリングする方法であって、初期き裂の先端部からき裂進展方向のき裂未進展部の任意の基準点と、該基準点と前記初期き裂先端部との間の任意の1点の少なくとも2点間の前記CFRP板表面上のひずみ差をモニタリングし、ひずみ差の増大傾向からき裂の進展状況を認識することを特徴とするCFRP板貼付域の疲労き裂のモニタリング方法。
- 前記2点間のひずみ差のピーク値の出現を、き裂が前記基準点に到達したと認識する請求項1に記載のモニタリング方法。
- CFRP板表面上のひずみ測定点をき裂進展方向に沿って3点以上有し、少なくとも隣接する2点間のひずみ差のピーク値の出現を順次監視することを特徴とする請求項2に記載のモニタリング方法。
- 鋼製材料に発生した疲労き裂を炭素繊維強化プラスチック(CFRP)板で補修した構造物におけるき裂進展状況をモニタリングするシステムであって、CFRP板表面の初期き裂の先端部からき裂進展方向のき裂未進展部にかけての複数の着目点にひずみを測定する手段を設け、前記き裂未進展部の任意の着目点を基準点とし、該基準点より初期き裂先端側の着目点と前記基準点とに設けられたひずみ測定手段からのデータからひずみ差を算出するデータ処理手段を有するモニタリングシステム。
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