JP4631515B2 - Non-destructive inspection method for FRP structures - Google Patents

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Description

本発明は、繊維複合強化材料であるFRP構造物の非破壊検査方法に関するものであり、更に詳しくは、FRPの欠陥を定量的、非属人的に把握可能となるFRP構造物の非破壊検査方法に関する。   The present invention relates to a non-destructive inspection method for an FRP structure that is a fiber composite reinforced material, and more specifically, a non-destructive inspection of an FRP structure that enables quantitative and non-personal understanding of FRP defects. Regarding the method.

近年、繊維強化複合プラスティック(FRP)は、小型船舶だけでなく、将来、艦船等の構造体としても有望視されている。そのため、大型構築物をFRPで成形する手法の開発が行われている。これには、いくつか手法があるが、たとえばVaRTM法(Vacuum assisted Resin Transfer Molding)を使えば、比較的大型のサンドイッチパネルなら成型可能になってきており、これを組み合わせることによって、艦上構造物のボデイとすることができる。なお、サンドイッチパネルは、アルミハニカム材等の金属コア材、アラミドペーパーハニカム等の非金属コア材、または、ポリウレタンフォーム等の発泡材をコア材としてFRPから構成される表皮で挟み込んだ構造体である。   In recent years, fiber reinforced composite plastics (FRP) are promising not only for small ships but also for structures such as ships in the future. For this reason, a technique for molding a large structure with FRP has been developed. There are several methods for this, but for example, using the VaRTM (Vacuum Assisted Resin Transfer Molding), relatively large sandwich panels can be molded, and by combining these, It can be a body. The sandwich panel is a structure in which a metal core material such as an aluminum honeycomb material, a non-metal core material such as an aramid paper honeycomb, or a foam material such as polyurethane foam is sandwiched between skins made of FRP as a core material. .

FRPは、上述のように、元来、積層構造を有するものである。このため、その成形過程において、パネル内で層間剥離が発生したり、樹脂含浸不良となる場合がある。これを欠陥という。これからも、大型構造用FRP成型技術は進歩していくものと見られるが、FRPを使った大型成型技術の開発において、欠陥の把握が品質保証上、不可欠となる。なお、薄板等の一般的な非破壊検査方法は、いくつか技術が開示されている(たとえば、特許文献1〜4)。また、特にFRPの欠陥を調べる検査方法としては、米国海軍研究所が開発したSIDER(Structural Irregularity and Damage Evaluation Routine)という技術がある(たとえば、非特許文献1および2)。   As described above, the FRP originally has a laminated structure. For this reason, in the molding process, delamination may occur in the panel or resin impregnation may occur. This is called a defect. From now on, FRP molding technology for large-scale structures is expected to progress, but in the development of large-scale molding technology using FRP, it is essential to ascertain defects in quality assurance. In addition, several techniques are disclosed for the general nondestructive inspection methods, such as a thin plate (for example, patent documents 1-4). In particular, as an inspection method for examining defects in FRP, there is a technique called SIDER (Structural Irregularity and Damage Evaluation Routine) developed by the US Navy Research Institute (for example, Non-Patent Documents 1 and 2).

特開2002−333436号公報JP 2002-333436 A 特開2002−340869号公報JP 2002-340869 A 特開2003−014708号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-014708 特開2003−149214号公報JP 2003-149214 A コリン P.ラットクリフ他(Colin P.Ratcliffe et al)、“実地試験と長期間モニタリング”(“Field Load Testing and Long Term Monitoring”)、第一回CIBrE橋梁ワークショップ(1st Annual CIBrE Bridge Workshop)、および橋梁評価ワークショップ年報(Bridge Evaluation Workshop)、3月1日(March 1st)、2002、University of Delaware(米国デラウェア州立大学)Colin P. Rat Cliff et al., “Field Testing and Long Term Monitoring”, 1st Annual CIBrE Bridge Workshop (1st Annual CIBrE Bridge and Bridge Bridge Evaluation) Workshop Annual Report (Bridge Evaluation Workshop), March 1st (March 1st), 2002, University of Delaware (Delaware State University, USA) C.P.ラットクリフ(C.P.Ratcliffe)、R.M.クレーン(R.M.Crane)、J.W.ジレスピー(J.W.Gillespie)、広帯域振動手段を利用した大型複合構造物におけるダメージ検出(Damage detection in large composite structures using a broadband vibration method)、先端材料技術ジャーナル(SAMPE Journal)、46巻第1号(Volume46、Issue1)、1月(January)、2004、米国C. P. Rat Cliffe, R.P. M.M. Crane (J. Crane), J.M. W. JW Gillespie, Damage detection in large composite structures using a broadband method, SAMPE Journal, Vol. 46, SAMPE Journal, Vol. 1, Journal of Advanced Materials Technology (Volume 46, Issue 1), January, 2004, USA

しかしながら、上記一般的な非破壊検査方法は、コストや手間がかかったり、定量的でなかった。たとえば、UT(超音波検査)、X線解析でも欠陥の解析は行い得るが、現状のところ性能的な限界と同時にコスト的な制約が大きい。また、コインタッピングは検査手法として有効とされているが、職人のみが為せる手法であり、定量性に欠け、属人的技量となってしまう。上記SIDERは、FRPの欠陥検査に有効とされているが、一般FRP構造への適用に関して、どこまで有効かが不明で、さらなる技術改良が必要である。   However, the above-described general nondestructive inspection method is costly and troublesome and is not quantitative. For example, defects can be analyzed by UT (ultrasonic inspection) and X-ray analysis, but at the present time, there are large limitations on cost as well as performance limitations. Coin tapping is effective as an inspection method, but it is a method that only a craftsman can do, lacks quantitativeness, and results in a personal skill. Although the above-mentioned SIDER is effective for defect inspection of FRP, it is unknown how far it is effective for application to a general FRP structure, and further technical improvement is required.

そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、SIDERを改良して一般的なFRP構造についても、より明確にFRPの欠陥を把握可能となるFRP構造物の非破壊検査方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of the above, and a non-destructive inspection method for an FRP structure that can improve the SIDER and make it possible to grasp the defects of the FRP more clearly for a general FRP structure. The purpose is to provide.

上述の目的を達成するために、この発明によるFRP構造物の非破壊検査方法は、検査対象となるFRP構造物上に一定間隔に設けられた検査点をインパルスハンマで加振し、加速度取得手段からの加速度、および加振力取得手段からの加振力を取得すると共に、それぞれの点における周波数応答関数を取得し、一定の周波数における前記周波数応答関数を前記検査点の位置の関数としたときに、低次の多項式近似曲線から外れる度合いで欠陥の有無を評価するFRP構造物の非破壊検査方法において、前記周波数応答関数は、共振モード近傍周波数応答関数であるようにしたものである。   In order to achieve the above-described object, a non-destructive inspection method for an FRP structure according to the present invention uses an impulse hammer to vibrate inspection points provided at regular intervals on an FRP structure to be inspected, and obtains an acceleration. When acquiring the acceleration from the excitation force and the excitation force from the excitation force acquisition means, acquiring the frequency response function at each point, and using the frequency response function at a constant frequency as a function of the position of the inspection point In addition, in the non-destructive inspection method for FRP structures in which the presence or absence of defects is evaluated to a degree that deviates from the low-order polynomial approximation curve, the frequency response function is a frequency response function in the vicinity of the resonance mode.

つぎの発明によるFRP構造物の非破壊検査方法は、前記非破壊検査方法において、前記周波数応答関数は、加速度又は変位から得るようにしたものである。   The nondestructive inspection method for an FRP structure according to the next invention is such that the frequency response function is obtained from acceleration or displacement in the nondestructive inspection method.

以上説明したように、この発明に係るFRP構造物の非破壊検査方法によれば、SIDERを改良して一般的なFRP構造についても、より明確にFRPの欠陥を把握可能となる。   As described above, according to the non-destructive inspection method for an FRP structure according to the present invention, it is possible to more clearly grasp the defect of the FRP with respect to a general FRP structure by improving SIDER.

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art or those that are substantially the same.

図1は、本発明に係るFRP構造物の非破壊検査方法の装置構成を示す説明図である。検査対象となるFRPサンドイッチパネル1(VaRTM法で成形したもの)は、軟質ウレタンフォーム2の上に配置される。この実施例では、当該FRPサンドイッチパネル1を加振力取得手段であるインパルスハンマ4で加振し、加振力を得ると共に、加振したときの加速度を加速度取得手段である加速度ピックアップ3で測定する。   FIG. 1 is an explanatory diagram showing an apparatus configuration of a non-destructive inspection method for an FRP structure according to the present invention. The FRP sandwich panel 1 to be inspected (molded by the VaRTM method) is placed on the flexible urethane foam 2. In this embodiment, the FRP sandwich panel 1 is vibrated with an impulse hammer 4 as a vibration force acquisition means to obtain a vibration force, and the acceleration when the vibration is applied is measured with an acceleration pickup 3 as a acceleration acquisition means. To do.

当該測定にはFFTアナライザ7を使用する。なお、インパルスハンマ4および加速度ピックアップ3は、それぞれ電源や増幅器5、6を介してFFTアナライザ7に接続しておく。FFTアナライザ7は、パソコン8に接続し、FFTアナライザ7のデータを処理できるようにしておく。   An FFT analyzer 7 is used for the measurement. The impulse hammer 4 and the acceleration pickup 3 are connected to the FFT analyzer 7 via a power source and amplifiers 5 and 6, respectively. The FFT analyzer 7 is connected to the personal computer 8 so that the data of the FFT analyzer 7 can be processed.

図2は、サンドイッチパネル上に設定した測定点を示す説明図である。サンドイッチパネルは、一例として1000×2000(mm)のものを用意した。そして、片面に縦200(mm)、横200(mm)の格子を描き、基本的にはその交点をインパルスハンマで加振して測定する。ただし、当該検査方法が有効であるかどうかを判断するために、ここで用いるFRPサンドイッチパネルは、欠陥があるラインであるAラインと無いラインであるBラインとに予め分け、当該2つのライン上の交点を加振する。   FIG. 2 is an explanatory diagram showing measurement points set on the sandwich panel. As an example, a sandwich panel having a size of 1000 × 2000 (mm) was prepared. Then, a grid having a length of 200 (mm) and a width of 200 (mm) is drawn on one side, and basically, the intersection is measured by exciting with an impulse hammer. However, in order to determine whether or not the inspection method is effective, the FRP sandwich panel used here is preliminarily divided into a line A that is a defective line and a B line that is a line that does not have a defect. Shake the intersection of.

ここで、本発明の非破壊検査方法の内容を概説する。図18は、一般的なSIDERの検査方法を示す説明図である。SIDERは、検査対象11の検査点a〜mをインパルスハンマで加振し、それぞれの点における加速度から得られる周波数応答関数(FRF)13のデータ図12を概念的に重ね合わせる。そして、一定の周波数14におけるそれぞれの周波数応答関数13を位置a〜mの位置関数として捉える。図19は、この捉え方を示す説明図である。図中の関数15が一定の周波数における位置a〜mの関数である。   Here, the contents of the nondestructive inspection method of the present invention will be outlined. FIG. 18 is an explanatory diagram showing a general SIDER inspection method. SIDER vibrates the inspection points a to m of the inspection object 11 with an impulse hammer, and conceptually superimposes the data diagram 12 of the frequency response function (FRF) 13 obtained from the acceleration at each point. And each frequency response function 13 in the fixed frequency 14 is caught as a position function of position am. FIG. 19 is an explanatory diagram showing this way of understanding. A function 15 in the figure is a function of positions a to m at a constant frequency.

図20は、ダメージインデックスの概念を示す説明図である。上記で求まる関数15は、検査対象であるFRP構造物に欠陥がなければ低次、多くは3次の多項式曲線で近似できる特性がある。そこで、検査したい点16の両側2点ずつの4点17、18、19、20を通る3次の多項式を求める。図中、点線で描いたのが当該多項式近似曲線である。そして、当該曲線から実際の周波数応答関数が外れる度合い(両者の差)がダメージインデックス22となる。このダメージインデックス22が大きければ検査対象部位に欠陥があるとみなせる。   FIG. 20 is an explanatory diagram showing the concept of a damage index. The function 15 obtained as described above has a characteristic that can be approximated by a low-order polynomial curve, often a third-order polynomial curve, if there is no defect in the FRP structure to be inspected. Therefore, a cubic polynomial passing through the four points 17, 18, 19, and 20 on each side of the point 16 to be inspected is obtained. In the figure, the polynomial approximate curve is drawn with a dotted line. The degree of the actual frequency response function deviating from the curve (the difference between the two) is the damage index 22. If the damage index 22 is large, it can be considered that there is a defect in the inspection target part.

図17は、本発明の非破壊検査方法の工程を示すフローチャートである。本方法では、上記SIDERと同様に、まず検査対象に格子を描き交点をマークする(ステップS101)。そして、マークした点についてインパルスハンマで打撃・加振し、FFTによって周波数応答データを取得する(ステップS102、S103)。なお、インパルスハンマとFFTアナライザによる周波数応答の取得は、5回平均をとることが好ましい。   FIG. 17 is a flowchart showing the steps of the nondestructive inspection method of the present invention. In this method, as in the case of SIDER, first, a lattice is drawn on the inspection object to mark an intersection (step S101). The marked point is hit / excited with an impulse hammer, and frequency response data is acquired by FFT (steps S102 and S103). Note that it is preferable to obtain an average of five times for acquisition of the frequency response by the impulse hammer and the FFT analyzer.

本発明では、単なる周波数応答関数ではなく、検査対象となるFRP構造物に特有の振動モードを決定して検査に用いる(ステップS104)。単なる周波数応答関数がばらつきやすく、高周波成分がダメージインデックスの作成に不利であるのに対して、低次の振動モードシェープは、高周波成分による悪影響が及びにくく、当該構造物の特徴がより明確に現れやすい。また、低次の振動モードシェープは、データ数が少なくても表現できるので、コンピュータ処理によるダメージインデックス等の演算に有利である。   In the present invention, not a simple frequency response function, but a vibration mode specific to the FRP structure to be inspected is determined and used for inspection (step S104). While simple frequency response functions tend to vary and high-frequency components are disadvantageous for creating damage indexes, low-order vibration mode shapes are less susceptible to adverse effects due to high-frequency components, and the characteristics of the structure appear more clearly. Cheap. Further, since the low-order vibration mode shape can be expressed even with a small number of data, it is advantageous for calculating a damage index by computer processing.

次に、各モードの周波数を決定する(ステップS105)。モードシェープは、加速度/加振力(以後A/Fという。)の周波数応答関数の虚数項から得る(ステップS106)。虚数項から得るのは、一般に位相遅れを見た方がモードが明確になりやすいからであり、虚数項よりも実数項の方が明確になる場合は実数項から取得してもよい。そして、ここからは2つの手法があり、そのうちの一つは、A/Fの周波数応答関数の虚数項(場合によっては実数項)から得られるモードシェープについてダメージインデックスを計算し(ステップS107)、その大きさによって欠陥の有無を判断する手法である。これは任意であるが、検査場所に合わせてダメージインデックスの大きさを色に分けて可視化すると、実際の欠陥位置が一目で分かりやすくなり便利である。   Next, the frequency of each mode is determined (step S105). The mode shape is obtained from the imaginary term of the frequency response function of acceleration / excitation force (hereinafter referred to as A / F) (step S106). The reason for obtaining from the imaginary term is that, generally, the mode becomes clearer when looking at the phase delay, and when the real term becomes clearer than the imaginary term, the mode may be obtained from the real term. From here, there are two methods, one of which calculates the damage index for the mode shape obtained from the imaginary term (or the real term in some cases) of the frequency response function of A / F (step S107), This is a method for determining the presence or absence of a defect based on the size. This is optional, but it is convenient to visualize the actual defect position at a glance by visualizing the damage index in different colors according to the inspection location.

もう一つの手法は、加速度を積分することによって得られる変位を変位/加振力(以後X/Fという。)に変換し(ステップS109)、それについてダメージインデックスを計算する手法である(ステップS110)。変位は、加速度を積分するので、これによって高周波のばらつきが抑えられ、低次のモードの影響がより大きくなるというメリットがある。これについても任意的に色分けによる可視化が有効である(ステップS111)。   Another method is a method of converting a displacement obtained by integrating acceleration into a displacement / excitation force (hereinafter referred to as X / F) (step S109), and calculating a damage index for the displacement (step S110). ). Since the displacement integrates the acceleration, this has the merit that the variation in high frequency is suppressed and the influence of the low-order mode becomes larger. Also for this, visualization by color coding is effective (step S111).

以上が本発明の概略であり、以下に具体的なデータを示しながら詳細に説明する。図3は、A/Fの虚数項から得られる周波数応答関数である。検査点は図2のBラインにおけるR01〜R21の合計21点である。これを見ると共振モードが重なり合ってるのがわかる。これから共振モード近傍を10個程度見いだし、計算周波数も決定する。   The above is the outline of the present invention, which will be described in detail below with specific data. FIG. 3 is a frequency response function obtained from the imaginary term of A / F. The inspection points are a total of 21 points R01 to R21 on the B line in FIG. From this, you can see that the resonance modes overlap. From this, about 10 resonance modes are found, and the calculation frequency is also determined.

Figure 0004631515
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表1は、決定した当該モード番号と計算周波数である。例として10個取り出したモードシェープは、図4−1〜4−10に示す通りである。これらの図は、検査対象物のモードシェープが明確に現れている。なお、一般に上記共振モード近傍とは、帯域幅で、共振周波数に対して2%〜10%程度をいう。   Table 1 shows the determined mode numbers and calculated frequencies. As an example, 10 mode shapes extracted are as shown in FIGS. In these figures, the mode shape of the inspection object clearly appears. In general, the vicinity of the resonance mode means a bandwidth of about 2% to 10% with respect to the resonance frequency.

図5は、図3のA/Fを積分してX/Fに変換したときの周波数応答関数である。この場合もモードと計算周波数を決定する。それらを示したのが図6−1〜6−3である。ここで、一次モードは正確に現れているが、計算周波数範囲が52Hz〜1kHz、および52Hz〜350Hzにおける検査点B17〜B21で変位、つまり図6−1および6−2の当該点における変位が明らかに過剰となり、全体のモードシェープを乱してしまっている。   FIG. 5 shows a frequency response function when the A / F of FIG. 3 is integrated and converted to X / F. Again, the mode and calculation frequency are determined. These are shown in FIGS. 6-1 to 6-3. Here, although the primary mode appears correctly, the displacement at the inspection points B17 to B21 in the calculation frequency range of 52 Hz to 1 kHz and 52 Hz to 350 Hz, that is, the displacement at the corresponding points in FIGS. 6-1 and 6-2 is obvious. It is excessive and disturbs the overall mode shape.

検査点B16、18、19の周波数応答関数を取り出して、その位相を示したのが図7−1および7−2である。これを見ると150Hz以下での位相の測定に不備があることがわかった。この点は、支持条件や測定条件を整備することにより解消できるので、図5のB17〜B21における大きな値はこの実施例の評価に用いないこととした。   FIGS. 7-1 and 7-2 show the phases of the frequency response functions of the inspection points B16, 18, 19 taken out. From this, it was found that the phase measurement at 150 Hz or less is inadequate. Since this point can be solved by preparing support conditions and measurement conditions, large values in B17 to B21 in FIG. 5 are not used for the evaluation of this embodiment.

上記は、検査対象であるFRPサンドイッチパネルに欠陥の無いBラインにおけるモードシェープ取得結果であった。つぎに、欠陥のあるAラインにおける測定結果について説明する。図8は、AラインのA/Fの周波数応答関数の虚数項から得られる関数である。Bラインと同様に、検査点はAラインにおけるA01〜A21の合計21点である。これから本発明による共振モードを10個程度見いだし、計算周波数も決定する。   The above is the result of mode shape acquisition in the B line without defects in the FRP sandwich panel to be inspected. Next, the measurement results on the defective A line will be described. FIG. 8 is a function obtained from the imaginary term of the A / F frequency response function of the A line. Similar to the B line, the inspection points are A01 to A21 in the A line for a total of 21 points. From this, about ten resonance modes according to the present invention are found, and the calculation frequency is also determined.

Figure 0004631515
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表2は、決定した当該モード番号と計算周波数である。例として取り出した10個のモードシェープは、図9−1〜9−10に示す通りである。これらは、Bラインと同様に、検査対象物のモードシェープが明確に現れている。   Table 2 shows the determined mode numbers and calculated frequencies. Ten mode shapes taken out as an example are as shown in FIGS. 9-1 to 9-10. As with the B line, the mode shape of the inspection object clearly appears.

図10は、図8のA/Fを積分してX/Fに変換したときの周波数応答関数である。この場合もモードと計算周波数を決定する。それらを示したのが図11−1および11−2である。ここで、A20における変位が周りの位置における変位と滑らかとなっていない。図12に示すように、本来A/FやX/Fの虚数項は、+または−の山なりとなるはずであり、図11−1や11−2におけるA20の値は何らかの測定ミスの可能性が考えられた。   FIG. 10 shows a frequency response function when the A / F of FIG. 8 is integrated and converted to X / F. Again, the mode and calculation frequency are determined. These are shown in FIGS. 11-1 and 11-2. Here, the displacement at A20 is not smooth with the displacement at the surrounding positions. As shown in FIG. 12, the imaginary term of A / F and X / F should be a + or − peak, and the value of A20 in FIGS. Sex was considered.

そこで、図13に示すように低い周波数範囲での周波数応答関数を拡大してみると、A20やA21が0で始まっておらず、0で終わっていない。上記A20の変位は、このことが原因と見られ、この点は、支持条件や測定条件を整備することにより解消できるので、図11−1および11−2におけるA20の値はこの実施例の評価に用いないこととした。   Therefore, when the frequency response function in the low frequency range is expanded as shown in FIG. 13, A20 and A21 do not start with 0 and do not end with 0. This is considered to be the cause of the displacement of A20, and this point can be eliminated by preparing support conditions and measurement conditions. Therefore, the value of A20 in FIGS. It was decided not to use it.

図14−1および14−2は、それぞれAラインおよびBラインにおける周波数応答関数の実数項から見いだせる100Hz〜1kHzのモードシェープの一つである。このように、位相との関係で、周波数応答関数の虚数項からのモードシェープがうまく取得できない等の場合は、位相の影響が少なく、かつ、高周波の影響を少なくした100Hz〜1kHzのX/Fの実数項からモードシェープを取得するようにしてもよい。   FIGS. 14A and 14B are one of 100 Hz to 1 kHz mode shapes that can be found from the real terms of the frequency response functions in the A line and the B line, respectively. Thus, when the mode shape from the imaginary term of the frequency response function cannot be successfully acquired due to the relationship with the phase, the X / F of 100 Hz to 1 kHz with less influence of the phase and less influence of the high frequency. The mode shape may be acquired from the real term.

図15−1および15−2は、それぞれAラインおよびBラインにおける低次モードシェープから見いだせるダメージインデックスを示したグラフである。ただし、既述したようにA20およびA21は除いている。これを見ると、AラインのA11〜A13における欠陥(図3参照)の部分でダメージインデックスが大きくなっており、欠陥を判別できている。Bラインそのものは、欠陥の上にないが、B17、およびB18近傍には欠陥があり(図3参照)、これも図15−2のダメージインデックスによく現れている。   FIGS. 15A and 15B are graphs showing damage indexes that can be found from low-order mode shapes in the A line and the B line, respectively. However, A20 and A21 are excluded as described above. Looking at this, the damage index is large at the portion of the defect (see FIG. 3) in A11 to A13 of the A line, and the defect can be discriminated. The B line itself is not on the defect, but there is a defect in the vicinity of B17 and B18 (see FIG. 3), which also appears well in the damage index of FIG. 15-2.

図16−1および16−2は、それぞれAラインおよびBラインにおける周波数応答関数の実数項から見いだせるダメージインデックスである。ダメージインデックスは、位相の影響が少なく、かつ、高周波側の影響を少なくした100Hz〜1kHzのX/Fの合計から計算したものである。これを見ると、欠陥のあるA07〜A12が非常に大きくなっており、B17、18も大きくなっているのがわかる。   FIGS. 16A and 16B are damage indexes that can be found from the real terms of the frequency response functions in the A line and the B line, respectively. The damage index is calculated from the sum of X / F of 100 Hz to 1 kHz with less influence of the phase and less influence on the high frequency side. From this, it can be seen that defective A07 to A12 are very large, and B17 and 18 are also large.

したがって、周波数応答関数の実数項から見いだせるモードについてのダメージインデックスをとっても、検査対象の欠陥位置が判別できることがわかった。また、この方法でダメージインデックスを求める方法と、上記虚数項から得られるモードでダメージインデックスを求める方法とでは、敏感となる欠陥の大きさ、深さが異なることがわかったので、この性質を利用して、双方を併用するのも有効である。   Therefore, it was found that the defect position to be inspected can be determined even by taking the damage index for the mode that can be found from the real term of the frequency response function. In addition, it was found that the method for obtaining the damage index by this method and the method for obtaining the damage index in the mode obtained from the imaginary term described above differ in the size and depth of the sensitive defect. Therefore, it is also effective to use both in combination.

このように、この発明によるFRP構造物の非破壊検査方法によれば、欠陥の程度を振動モードから見いだせるダメージインデックスという指標で数値化でき、場所や程度を可視化することもできる。振動モード、特に低次の振動モードからダメージインデックスを求めると、単なる周波数応答関数からダメージインデックスを求めるよりも、元となるデータである振動モードが高周波に影響されにくいことから、欠陥の場所や程度がより明確になりやすい。   Thus, according to the non-destructive inspection method for an FRP structure according to the present invention, the degree of defects can be quantified by an index called a damage index that can be found from the vibration mode, and the location and degree can also be visualized. If the damage index is calculated from vibration modes, especially lower-order vibration modes, the vibration mode, which is the original data, is less susceptible to high frequency than the damage index is calculated from a simple frequency response function. Tends to be clearer.

また、低次の振動モードは、少ないデータで表現できるので、ダメージインデックスの演算処理の負担が軽くて済む。検査対象が大型FRP構造物である場合は、検査点が膨大となるので、演算処理の負担が軽いという性質が大変有効となる。また、検査に使う器具は、インパルスハンマ、加速度ピックアップ、FFT等、小型のもので済むので現場で容易に検査可能である。これを利用すれば、ドックに入っている大型艦船の上部構造やエンクローズマストに使われるFRPの欠陥検査に有効となる。   In addition, since the low-order vibration mode can be expressed with a small amount of data, the burden of the damage index calculation process can be reduced. When the inspection target is a large FRP structure, the number of inspection points becomes enormous, so the property that the burden of arithmetic processing is light is very effective. Moreover, since the instrument used for the inspection is small, such as an impulse hammer, an acceleration pickup, and FFT, it can be easily inspected on site. If this is used, it will be effective for defect inspection of FRP used for the superstructure of the large ship in the dock and the enclosure mast.

以上のように、本発明にかかるFRP構造物の非破壊検査方法は、FRP構造物内部に起きる剥離等の欠陥箇所の把握に有用であり、特に、大型艦船にも利用されるFRPパネルの欠陥箇所把握に適している。   As described above, the non-destructive inspection method for an FRP structure according to the present invention is useful for grasping a defect portion such as a peeling that occurs inside the FRP structure, and in particular, a defect of an FRP panel also used for a large ship. Suitable for grasping locations.

本発明に係るFRP構造物の非破壊検査方法の装置構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the apparatus structure of the nondestructive inspection method of the FRP structure which concerns on this invention. サンドイッチパネル上に設定した測定点を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the measurement point set on the sandwich panel. A/Fの虚数項から得られる周波数応答関数を示す図である。It is a figure which shows the frequency response function obtained from the imaginary term of A / F. 決定したモードシェープを示す棒グラフであり、横軸は検査点、縦軸は大きさである。It is the bar graph which shows the determined mode shape, a horizontal axis is an inspection point, and a vertical axis | shaft is a magnitude | size. 決定したモードシェープを示す棒グラフであり、横軸は検査点、縦軸は大きさである。It is the bar graph which shows the determined mode shape, a horizontal axis is an inspection point, and a vertical axis | shaft is a magnitude | size. 決定したモードシェープを示す棒グラフであり、横軸は検査点、縦軸は大きさである。It is the bar graph which shows the determined mode shape, a horizontal axis is an inspection point, and a vertical axis | shaft is a magnitude | size. 決定したモードシェープを示す棒グラフであり、横軸は検査点、縦軸は大きさである。It is the bar graph which shows the determined mode shape, a horizontal axis is an inspection point, and a vertical axis | shaft is a magnitude | size. 決定したモードシェープを示す棒グラフであり、横軸は検査点、縦軸は大きさである。It is the bar graph which shows the determined mode shape, a horizontal axis is an inspection point, and a vertical axis | shaft is a magnitude | size. 決定したモードシェープを示す棒グラフであり、横軸は検査点、縦軸は大きさである。It is the bar graph which shows the determined mode shape, a horizontal axis is an inspection point, and a vertical axis | shaft is a magnitude | size. 決定したモードシェープを示す棒グラフであり、横軸は検査点、縦軸は大きさである。It is the bar graph which shows the determined mode shape, a horizontal axis is an inspection point, and a vertical axis | shaft is a magnitude | size. 決定したモードシェープを示す棒グラフであり、横軸は検査点、縦軸は大きさである。It is the bar graph which shows the determined mode shape, a horizontal axis is an inspection point, and a vertical axis | shaft is a magnitude | size. 決定したモードシェープを示す棒グラフであり、横軸は検査点、縦軸は大きさである。It is the bar graph which shows the determined mode shape, a horizontal axis is an inspection point, and a vertical axis | shaft is a magnitude | size. 決定したモードシェープを示す棒グラフであり、横軸は検査点、縦軸は大きさである。It is the bar graph which shows the determined mode shape, a horizontal axis is an inspection point, and a vertical axis | shaft is a magnitude | size. 図3のA/Fを積分してX/Fに変換したときの周波数応答関数を示す図である。It is a figure which shows the frequency response function when A / F of FIG. 3 is integrated and converted into X / F. 決定したモードシェープを示す棒グラフであり、横軸は場所、縦軸は変位である。It is a bar graph which shows the determined mode shape, a horizontal axis is a place and a vertical axis | shaft is a displacement. 決定したモードシェープを示す棒グラフであり、横軸は場所、縦軸は変位である。It is a bar graph which shows the determined mode shape, a horizontal axis is a place and a vertical axis | shaft is a displacement. 決定したモードシェープを示す棒グラフであり、横軸は場所、縦軸は変位である。It is a bar graph which shows the determined mode shape, a horizontal axis is a place and a vertical axis | shaft is a displacement. 検査点B16、18、19の周波数応答関数を取り出して、その位相を示したグラフであり、横軸は周波数、縦軸はX/Fの虚数項の大きさである。It is the graph which took out the frequency response function of test | inspection point B16,18,19, and showed the phase, A horizontal axis is a frequency and a vertical axis | shaft is a magnitude | size of the imaginary term of X / F. 検査点B16、18、19の周波数応答関数を取り出して、その位相を示したグラフであり、横軸は周波数、縦軸はA/Fの位相の大きさである。It is the graph which took out the frequency response function of inspection point B16,18,19, and showed the phase, a horizontal axis is a frequency and a vertical axis | shaft is a magnitude | size of the phase of A / F. AラインのA/Fの虚数項から得られる周波数応答関数を示す図である。It is a figure which shows the frequency response function obtained from the imaginary term of A / F of A line. 決定したモードシェープを示す棒グラフであり、横軸は検査点、縦軸は大きさである。It is the bar graph which shows the determined mode shape, a horizontal axis is an inspection point, and a vertical axis | shaft is a magnitude | size. 決定したモードシェープを示す棒グラフであり、横軸は検査点、縦軸は大きさである。It is the bar graph which shows the determined mode shape, a horizontal axis is an inspection point, and a vertical axis | shaft is a magnitude | size. 決定したモードシェープを示す棒グラフであり、横軸は検査点、縦軸は大きさである。It is the bar graph which shows the determined mode shape, a horizontal axis is an inspection point, and a vertical axis | shaft is a magnitude | size. 決定したモードシェープを示す棒グラフであり、横軸は検査点、縦軸は大きさである。It is the bar graph which shows the determined mode shape, a horizontal axis is an inspection point, and a vertical axis | shaft is a magnitude | size. 決定したモードシェープを示す棒グラフであり、横軸は検査点、縦軸は大きさである。It is the bar graph which shows the determined mode shape, a horizontal axis is an inspection point, and a vertical axis | shaft is a magnitude | size. 決定したモードシェープを示す棒グラフであり、横軸は検査点、縦軸は大きさである。It is the bar graph which shows the determined mode shape, a horizontal axis is an inspection point, and a vertical axis | shaft is a magnitude | size. 決定したモードシェープを示す棒グラフであり、横軸は検査点、縦軸は大きさである。It is the bar graph which shows the determined mode shape, a horizontal axis is an inspection point, and a vertical axis | shaft is a magnitude | size. 決定したモードシェープを示す棒グラフであり、横軸は検査点、縦軸は大きさである。It is the bar graph which shows the determined mode shape, a horizontal axis is an inspection point, and a vertical axis | shaft is a magnitude | size. 決定したモードシェープを示す棒グラフであり、横軸は検査点、縦軸は大きさである。It is the bar graph which shows the determined mode shape, a horizontal axis is an inspection point, and a vertical axis | shaft is a magnitude | size. 決定したモードシェープを示す棒グラフであり、横軸は検査点、縦軸は大きさである。It is the bar graph which shows the determined mode shape, a horizontal axis is an inspection point, and a vertical axis | shaft is a magnitude | size. 図8のA/Fを積分してX/Fに変換したときの周波数応答関数を示す図である。It is a figure which shows the frequency response function when A / F of FIG. 8 is integrated and converted into X / F. 決定したモードシェープを示す棒グラフであり、横軸は場所、縦軸は大きさである。It is a bar graph which shows the determined mode shape, a horizontal axis is a place and a vertical axis | shaft is a magnitude | size. 決定したモードシェープを示す棒グラフであり、横軸は場所、縦軸は大きさである。It is a bar graph which shows the determined mode shape, a horizontal axis is a place and a vertical axis | shaft is a magnitude | size. 一般的なA/F、X/Fの虚数項の大きさを示すグラフであり、横軸は周波数、虚数項の縦軸は大きさである。It is a graph which shows the magnitude | size of the imaginary term of general A / F and X / F, a horizontal axis is a frequency and the vertical axis | shaft of an imaginary term is a magnitude | size. 低い周波数範囲でのA/F虚数項の大きさを示すグラフであり、横軸は周波数、縦軸は虚数項の大きさである。It is a graph which shows the magnitude | size of the A / F imaginary term in a low frequency range, a horizontal axis is a frequency and a vertical axis | shaft is a magnitude | size of an imaginary term. Aラインにおける周波数応答関数の実数項から見いだせる100Hz〜1kHzのモードシェープを示すグラフであり、横軸は位置、縦軸はX/Fの大きさである。It is a graph which shows the mode shape of 100Hz-1kHz which can be found from the real term of the frequency response function in A line, a horizontal axis is a position and a vertical axis is a size of X / F. Bラインにおける周波数応答関数の実数項から見いだせる100Hz〜1kHzのモードシェープを示すグラフであり、横軸は位置、縦軸はX/Fの大きさである。It is a graph which shows the mode shape of 100 Hz-1 kHz which can be found from the real number term of the frequency response function in B line, a horizontal axis is a position and a vertical axis | shaft is a magnitude | size of X / F. Aラインにおけるモードシェープから見いだせるダメージインデックスを示したグラフであり、横軸は場所、縦軸はダメージインデックスの大きさである。It is the graph which showed the damage index which can be found from the mode shape in A line, a horizontal axis is a place and a vertical axis | shaft is the magnitude | size of a damage index. Bラインにおけるモードシェープから見いだせるダメージインデックスを示したグラフであり、横軸は場所、縦軸はダメージインデックスの大きさである。It is the graph which showed the damage index which can be found from the mode shape in B line, a horizontal axis is a place and a vertical axis is a size of a damage index. Aラインにおける周波数応答関数の実数項から得られるモードシェープから見いだせるダメージインデックスを示したグラフであり、横軸は場所、縦軸はダメージインデックスの大きさである。It is the graph which showed the damage index which can be found from the mode shape obtained from the real term of the frequency response function in A line, a horizontal axis is a place, and a vertical axis is a size of a damage index. Bラインにおける周波数応答関数の実数項から得られるモードシェープから見いだせるダメージインデックスを示したグラフであり、横軸は場所、縦軸はダメージインデックスの大きさである。It is the graph which showed the damage index which can be found from the mode shape obtained from the real term of the frequency response function in B line, a horizontal axis is a place, and a vertical axis is a size of a damage index. 本発明の非破壊検査方法の工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of the nondestructive inspection method of this invention. 一般的なSIDERの検査方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the inspection method of a general SIDER. 周波数応答関数を位置関数として捉える概念を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the concept which catches a frequency response function as a position function. ダメージインデックスの概念を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the concept of a damage index.

符号の説明Explanation of symbols

1 サンドイッチパネル
2 軟質ウレタンフォーム
3 加速度ピックアップ
4 インパルスハンマ
5 増幅器
6 電源
7 アナライザ
8 パソコン
11 検査対象
12 データ図
13 周波数応答関数
14 周波数
15 位置の関数
22 ダメージインデックス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sandwich panel 2 Flexible urethane foam 3 Acceleration pick-up 4 Impulse hammer 5 Amplifier 6 Power supply 7 Analyzer 8 Personal computer 11 Test object 12 Data figure 13 Frequency response function 14 Frequency 15 Position function 22 Damage index

Claims (2)

検査対象となるFRP構造物上に一定間隔に設けられた検査点をインパルスハンマで加振し、加速度取得手段からの加速度、および加振力取得手段からの加振力を取得すると共に、それぞれの点における加速度/加振力の周波数応答関数を取得し、一定の周波数における前記加速度/加振力の周波数応答関数を前記検査点の位置の関数としたときに、低次の多項式近似曲線から外れる度合いで欠陥の有無を評価するFRP構造物の非破壊検査方法において、
前記加速度/加振力の周波数応答関数は、共振モード近傍周波数応答関数であることを特徴とするFRP構造物の非破壊検査方法。
The inspection points provided at regular intervals on the FRP structure to be inspected are vibrated with an impulse hammer, and the acceleration from the acceleration acquisition means and the excitation force from the excitation force acquisition means are acquired. get the frequency response function of the acceleration / exciting force at point, when the frequency response function of the acceleration / vibration force at a constant frequency as a function of the position of the inspection point, out of the low-order polynomial trendline In the non-destructive inspection method for FRP structures that evaluates the presence or absence of defects by the degree
A non-destructive inspection method for an FRP structure, wherein the frequency response function of the acceleration / excitation force is a frequency response function in the vicinity of a resonance mode.
前記加速度/加振力の周波数応答関数は、加速度又は変位から得ることを特徴とする請求項1に記載のFRP構造物の非破壊検査方法。 The non-destructive inspection method for an FRP structure according to claim 1, wherein the frequency response function of the acceleration / excitation force is obtained from acceleration or displacement.
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