JP7313421B2 - 強度検査方法および強度検査装置 - Google Patents

強度検査方法および強度検査装置 Download PDF

Info

Publication number
JP7313421B2
JP7313421B2 JP2021501203A JP2021501203A JP7313421B2 JP 7313421 B2 JP7313421 B2 JP 7313421B2 JP 2021501203 A JP2021501203 A JP 2021501203A JP 2021501203 A JP2021501203 A JP 2021501203A JP 7313421 B2 JP7313421 B2 JP 7313421B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wave
target wave
data
target
time
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021501203A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2020170360A1 (ja
Inventor
拓 川▲崎▼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IHI Inspection and Instrumentation Co Ltd
Original Assignee
IHI Inspection and Instrumentation Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IHI Inspection and Instrumentation Co Ltd filed Critical IHI Inspection and Instrumentation Co Ltd
Publication of JPWO2020170360A1 publication Critical patent/JPWO2020170360A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7313421B2 publication Critical patent/JP7313421B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/14—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object using acoustic emission techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/36—Detecting the response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/38—Detecting the response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor by time filtering, e.g. using time gates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/36—Detecting the response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/40—Detecting the response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor by amplitude filtering, e.g. by applying a threshold or by gain control
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/4454—Signal recognition, e.g. specific values or portions, signal events, signatures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/449—Statistical methods not provided for in G01N29/4409, e.g. averaging, smoothing and interpolation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/32—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0014—Type of force applied
    • G01N2203/0016—Tensile or compressive
    • G01N2203/0017—Tensile
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0058—Kind of property studied
    • G01N2203/0096—Fibre-matrix interaction in composites
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
    • G01N2203/0658—Indicating or recording means; Sensing means using acoustic or ultrasonic detectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/023—Solids
    • G01N2291/0231—Composite or layered materials
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/025—Change of phase or condition
    • G01N2291/0258—Structural degradation, e.g. fatigue of composites, ageing of oils
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028—Material parameters
    • G01N2291/02827—Elastic parameters, strength or force
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028—Material parameters
    • G01N2291/0289—Internal structure, e.g. defects, grain size, texture

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Probability & Statistics with Applications (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Description

本開示は、繊維強化複合材料（ＦＲＰ：Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ）である試験体の引張強度を検査する技術に関する。より詳しくは、本開示は、試験体に引張荷重を与えることにより、試験体に生じたＡＥ波（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｅｍｉｓｓｉｏｎ）に基づいて、試験体の引張強度を検査する技術に関する。
ＦＲＰは、ロケットや航空機などに用いられている。特に、炭素繊維強化複合材料（ＣＦＲＰ：Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ）は、強度と剛性に優れている。ＦＲＰでは、積層の剥離や繊維の断線が生じた後に破壊に至る。
このようなＦＲＰの引張強度を検査する技術が、特許文献１に開示されている。特許文献１の強度検査方法では、次のようにＦＲＰの引張強度を評価している。試験体に引張荷重を与え、この引張荷重を、時間の経過に従って増やす。この引張荷重により試験体に生じるＡＥ波を検出する。試験期間に含まれる複数の荷重印加区間の各々におけるＡＥ波の複数の周波数成分を求める。各荷重印加区間について、複数の周波数成分に基づいてＡＥ波の重心周波数を求め、複数の荷重印加区間のうち、先の荷重印加区間よりも重心周波数が下がっている荷重印加区間を特定し、特定した荷重印加区間において試験体に与えた引張荷重の大きさを、試験体の引張強度と判定する。
特許第５８４１０８１号
試験体に引張荷重を与えている時に、多数のＡＥ波（一連の変位）が断続的に生じるが、これらのＡＥ波の中には、試験体の破断の有無を表わさない傾向にあるＡＥ波も含まれる。そのため、試験体の破断の有無を表わす傾向にあるＡＥ波を特定して、特定したＡＥ波に基づいて試験体の引張強度を評価することが望まれる。
すなわち、本開示は、試験体の破断の有無を表わす傾向にあるＡＥ波を特定し、特定したＡＥ波に基づいて、試験体の引張強度を評価する技術を提供することにある。
本開示による強度検査装置は、繊維強化複合材料である試験体の引張強度を評価するための強度検査装置であって、
引張荷重を増加させながら前記試験体に与えている試験期間において、該引張荷重により前記試験体において生じるＡＥ波を検出してＡＥ波の波形データを生成するＡＥセンサと、
各時点でのＡＥ波の変位を表す前記波形データにおいて、設定時間が経過する度に、当該設定時間中に大きさが少なくとも１回は変位閾値以上になっている一連の変位を１つのＡＥ波として、前記波形データに基づいて、持続時間が時間閾値よりも長いＡＥ波を対象波として特定する対象波特定部と、
各対象波の重心周波数を求める演算部と、
各対象波について、該対象波の前記重心周波数と、該対象波の検出時点で前記試験体に与えた前記引張荷重の大きさとを対応付けた強度評価データを生成する評価データ生成部と、を備える、強度検査装置と、を備える。
本開示による強度検査方法は、繊維強化複合材料である試験体の引張強度を評価するための強度検査方法であって、
引張荷重を増加させながら前記試験体に与え、これにより前記試験体において生じるＡＥ波の波形データを、ＡＥセンサにより生成し、
各時点でのＡＥ波の変位を表す前記波形データにおいて、設定時間が経過する度に、当該設定時間中に大きさが少なくとも１回は変位閾値以上になっている一連の変位を１つのＡＥ波として、前記波形データに基づいて、持続時間が時間閾値よりも長いＡＥ波を、対象波特定部により対象波として特定し、
各対象波の重心周波数を演算部により求め、
各対象波について、該対象波の前記重心周波数と、該対象波の検出時点で前記試験体に与えた前記引張荷重の大きさとを対応付けた強度評価データを、評価データ生成部により生成する。
本開示によると、引張荷重を増加させながら試験体に与えている試験期間において、試験体において生じるＡＥ波の波形データを生成し、この波形データに基づいて、持続時間が時間閾値よりも長いＡＥ波を対象波として特定し、各対象波について、その重心周波数と引張荷重の大きさとを対応付けた強度評価データを生成する。
これについて、持続時間が時間閾値よりも長いＡＥ波は、試験体の破断の有無を表わす周波数情報を含んでいる傾向にある。したがって、試験体の破断の有無を表わす傾向にあるＡＥ波を用いて生成した強度評価データに基づいて、試験体の引張強度を評価することができる。
本開示の実施形態による強度検査装置を示すブロック図である。 ＡＥセンサが生成する波形データの一例を示す模式図である。 重心周波数データの一例を示す概念図である。 荷重データの一例を示す概念図である。 強度評価データの一例を示す概念図である。 本開示の実施形態による強度検査方法を示すフローチャートである。 比較例の強度検査方法により得られた強度評価データを示す。 図５Ａにおける重心周波数のプロットの密度をグレースケールで表わした図である。 本開示の実施形態による強度検査方法により得られた強度評価データを示し、時間閾値が３０マイクロ秒である場合を示す。 本開示の実施形態による強度検査方法により得られた強度評価データを示し、時間閾値が２００マイクロ秒である場合を示す。
本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
（強度検査装置の構成）
図１は、本開示の実施形態による強度検査装置１０を示すブロック図である。強度検査装置１０は、繊維強化複合材料である試験体に引張荷重を与えた時に試験体に生じるＡＥ波に基づいて、試験体の引張強度を評価するための装置である。ここで、繊維強化複合材料は、例えばＣＦＲＰである。試験体は、例えば、ロケット又は航空機を構成するＣＦＲＰ、あるいは、水素を燃料として走行する自動車に積載され水素を蓄える水素タンクを構成するＣＦＲＰであってよいが、これらに限定されない。
強度検査装置１０は、ＡＥセンサ１と対象波特定部２と演算部３と評価データ生成部４とを備える。
ＡＥセンサ１は、試験体に取り付けられ、試験体に生じたＡＥ波を検出する。より詳しくは、ＡＥセンサ１は、引張荷重を増加させながら試験体に与えている試験期間において、該引張荷重により試験体において生じるＡＥ波の波形データを生成する。波形データは、各時点におけるＡＥ波の変位を表わす。
図２は、波形データの一例を示す模式図である。図２において、横軸は経過時間を示し、縦軸は、ＡＥ波の変位を示す。図２では、波形データにおける一連の変位を１つのＡＥ波として２つのＡＥ波Ｗ１，Ｗ２を示している。なお、試験期間においては、多数のＡＥ波が断続的に生じる。ＡＥセンサ１は、後述する時間計測部６が計測した経過時間に基づいてＡＥ波の波形データを生成してよい。この時間計測部６は、ＡＥセンサ１に組み込まれていてもよい。
対象波特定部２は、ＡＥセンサ１が生成した波形データに基づいて、持続時間が時間閾値よりも長いＡＥ波を対象波として特定する。より詳しくは、波形データにおいて、設定時間（図２ではＴｓ）が経過する度に、当該設定時間Ｔｓ中に大きさが少なくとも1回は変位閾値（図２ではＤｔ）以上になっている一連の変位を１つのＡＥ波として、対象波特定部２は、時間閾値よりも長く持続しているＡＥ波を対象波として特定する。すなわち、対象波特定部２は、各ＡＥ波を特定し、当該各ＡＥ波の持続時間を求め、これらのＡＥ波から、持続時間が時間閾値よりも長い各ＡＥ波を対象波として特定する。例えば、図２において、ＡＥ波Ｗ１は、持続時間Ｔ１が時間閾値以下であるので対象波として特定されず、ＡＥ波Ｗ１は、持続時間Ｔ２が時間閾値よりも長いので対象波として特定される。
一例では、対象波特定部２は、次のように処理を行う。対象波特定部２は、上述の波形データから各ＡＥ波の持続時間の開始時点を特定する。この開始時点は、図２のように、ＡＥ波の変位の大きさが閾値Ｄｔ未満のまま、設定時間Ｔｓを経過した後に、変位の大きさが変位閾値Ｄｔに最初に達した時点である。また、対象波特定部２は、図２のように、持続時間の開始時点の後、ＡＥ波の変位の大きさが変位閾値Ｄｔ未満のまま最初に設定時間Ｔｓを経過した時点を特定し、当該設定時間Ｔｓの開始時点を持続時間の終了時点として特定する。対象波特定部２は、このように各ＡＥ波の持続時間を求め、各ＡＥ波について、その持続時間が時間閾値よりも長いかを判断する。これにより、対象波特定部２は、多数のＡＥ波のうち、持続時間が時間閾値よりも長い各ＡＥ波を対象波として特定する。
なお、適切な時間閾値は、試験体としての繊維強化複合材料の種類により変わるので、試験体の種類毎に実験的に予め求められてよい。また、一例では、試験期間において、持続時間が時間閾値以下のＡＥ波が、持続時間が時間閾値よりも長いＡＥ波（対象波）よりも多く生じるように、時間閾値が設定されてよい。この設定は、試験体と同じ構造の繊維強化複合材料に対する実験に基づいてなされてよい。
対象波特定部２は、例えば、ＡＥセンサ１により生成された波形データに基づいて、上述のように対象波を特定し、各対象波（すなわち対象波の波形）と、当該対象波の検出時点とを対応付けた対象波データを生成する。なお、対象波の波形は、ＡＥセンサ１により生成された波形データに含まれており、経過時間に対する対象波の変位の大きさを表わす波形である（以下同様）。また、対象波の検出時点は、例えば、対象波の持続時間の開始時点、終了時点、又は中間時点であってよい。
演算部３は、特定された各対象波の重心周波数を求める。演算部３は、例えば、上述の対象波データに基づいて、各対象波の重心周波数を求め、各対象波の重心周波数と、該対象波の検出時点とを対応付けた重心周波数データを生成する。図３Ａは、重心周波数データの一例を示す概念図である。図３Ａにおいて、横軸は、試験期間における経過時間を示し、縦軸は、各対象波について算出した重心周波数を示し、各白丸は、それぞれ、対応する対象波について算出された重心周波数を示す。演算部３は、スペクトル生成部３ａと重心周波数算出部３ｂとを有する。
スペクトル生成部３ａは、対象波データに基づいて、特定された各対象波の波形に基づいて、当該対象波のスペクトルデータを生成する。より詳しくは、スペクトル生成部３ａは、当該ＡＥ波の持続時間にわたって、経過時間に対して当該ＡＥ波の変位（強度）を表わした波形を、周波数に対してＡＥ波の強度を表わしたスペクトルデータに変換する。この変換は、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）により行われてよい。
重心周波数算出部３ｂは、各対象波について、当該対象波のスペクトルデータに基づいて、当該対象波の重心周波数を求める。重心周波数Ｆｇは、次の式により表される。

Ｆｇ＝Σ（Ｆi×Ｐｉ）／ΣＰi

ここで、Ｆiは、スペクトルデータにおける各周波数を示し、Ｐｉは、スペクトルデータにおける対象波の周波数成分（すなわち、周波数ＦiでのＡＥ波の強度）を示し、ＦｉとＰｉの添え字ｉは、複数の周波数を互いに区別するための指標値であって、１～ｎ（ｎは、２以上の整数であり、好ましくは、十分に大きい値）までの値をとり、Σは、ｉのすべての値についての総和を示す。
なお、重心周波数算出部３ｂは、各対象波について、当該対象波のスペクトルデータの全ての周波数成分に基づいて当該対象波の重心周波数を求めてもよいし、当該対象波のスペクトルデータにおける所定の周波数域に含まれる各周波数成分のみに基づいて当該対象波の重心周波数を求めてもよい。ここで、所定の周波数域は、ＡＥセンサ１の共振周波数を除く（例えば当該共振周波数よりも低い）周波数域であってよい。
評価データ生成部４は、各対象波について、当該対象波の重心周波数と、当該対象波の検出時点で試験体に与えた引張荷重の大きさとを対応付けた強度評価データを生成する。評価データ生成部４は、例えば、重心周波数データと、試験期間における経過時間に対する引張荷重の大きさを表わす荷重データとに基づいて、強度評価データを生成する。そのために、評価データ生成部４には、重心周波数データ以外に荷重データが入力される。
図３Ｂは、荷重データの一例を示す概念図である。図３Ｂにおいて、横軸は、荷重増加時間を示し、縦軸は、試験期間において試験体に与えた引張荷重を示す。荷重データは、荷重データ生成部５により生成されてよい。荷重データ生成部５は、試験期間において試験体に与えた引張荷重の計測値と、試験期間において時間計測部６が計測した経過時間とに基づいて、荷重データを生成し、この荷重データを評価データ生成部４に入力する。ここで、荷重の計測値は、適宜の荷重センサ７（例えば試験体に取り付けたひずみゲージ）により計測された値であってよい。なお、荷重データ生成部５は、強度検査装置１０の構成要素であってもよい。また、時間計測部６と荷重センサ７も、強度検査装置１０の構成要素であってもよい。
図３Ｃは、強度評価データの一例を示す概念図である。図３Ｃの横軸は、試験体に与えた引張荷重を示し、経過時間に対応する。図３Ｃの縦軸は、重心周波数を示す。また、図３Ｃにおいて、多数の白丸は、それぞれ、対応する引張荷重について算出された重心周波数を示す。例えば、図３Ｂの荷重データによる引張荷重が試験体に与えられた結果、図３Ａの重心周波数データと図３Ｃの強度評価データが得られる。
評価データ生成部４は、例えば、強度評価データをディスプレイ装置８に出力する。この場合には、ディスプレイ装置８は、その画面に強度評価データを表示する。強度評価データは、図３Ｃのように、引張荷重の増加に伴う、重心周波数の変化を表わす。このような強度評価データにおいて、引張荷重の増加により重心周波数が（例えば顕著に）低下する直前の引張荷重の大きさを、試験体の引張強度として判定することができる。すなわち、繊維強化複合材料は、引張荷重により、その繊維が破断して破壊されると、この材料には、高い周波数のＡＥ波が伝わり難くなると考えられる。したがって、引張荷重の増加過程で試験体が破壊されると、以降において引張荷重により発生するＡＥ波の重心周波数が下がる。したがって、重心周波数が低下する直前の引張荷重の大きさを試験体の引張強度として判定できる。例えば、図３Ｃにおいて破線で示す引張荷重を引張強度と判定できる。
なお、評価データ生成部４は、強度評価データを他の装置（例えば、プリンタ装置または記憶装置）に出力してもよい。この場合、プリンタ装置は、強度評価データを用紙に印刷し、当該記憶装置は、強度評価データを記憶する。
（強度検査方法）
図４は、本開示の実施形態による強度検査方法を示すフローチャートである。強度検査方法は、繊維強化複合材料である試験体の引張強度を検査するために、以下のステップＳ１～Ｓ５を有する。強度検査方法は、上述した強度検査装置１０を用いて行われる。
ステップＳ１では、試験期間において引張荷重を増加させながら試験体に与え、これにより試験体において生じるＡＥ波の波形データを、ＡＥセンサ１により生成する。
ステップＳ２では、ステップＳ１で生成された波形データに基づいて、持続時間が時間閾値よりも長いＡＥ波を、対象波特定部２により対象波として特定する。例えば、対象波特定部２は、波形データに基づいて上述の対象波データを生成する。
ステップＳ３では、ステップＳ２で特定された各対象波の重心周波数を演算部３により求める。例えば、演算部３は、ステップＳ２で生成された対象波データに基づいて、上述の重心周波数データを生成する。
ステップＳ３は、ステップＳ３１，Ｓ３２を有する。ステップＳ３１では、ステップＳ２で生成された対象波データにおける各対象波の波形に基づいて、当該対象波のスペクトルデータを、スペクトル生成部３ａにより生成する。ステップＳ３２では、ステップＳ３１で生成した各対象波のスペクトルデータに基づいて、当該ＡＥ波の重心周波数を、重心周波数算出部３ｂにより求める。
ステップＳ４では、各対象波について、当該対象波の重心周波数と、当該対象波の検出時点で試験体に与えた引張荷重の大きさとを対応付けた強度評価データを、評価データ生成部４により生成する。例えば、評価データ生成部４は、ステップＳ３で生成された重心周波数データと、ステップＳ１における経過時間に対する引張荷重の大きさを表わす荷重データとに基づいて、強度評価データを生成する。
ステップＳ５では、ステップＳ４で生成された強度評価データが評価データ生成部４により出力される。例えば、評価データ生成部４は、強度評価データをディスプレイ装置８に出力する。この場合、ディスプレイ装置８は、その画面に、図３Ｃのような強度評価データを表示する。人が、表示された強度評価データを見て、引張荷重の増加過程において重心周波数の低下（例えば顕著に）が始まる直前の引張荷重の大きさを、試験体の引張強度として判定することができる。
（実施例）
図５Ａは、比較例の強度検査方法により実際に得られた強度評価データを示す。図５Ａの場合では、上述のステップＳ２において、ステップＳ１で生成した波形データにおいて、大きさが変位閾値以上となる一連の変位を１つのＡＥ波として、ＡＥ波の持続時間に係わらず、全てのＡＥ波の各々について重心周波数を求め、他の点は、上述した本開示の実施形態による強度検査方法と同じである。図５Ａにおいて、横軸は、ステップＳ１で与えた引張荷重を示し、縦軸は、重心周波数を示す。図５Ａにおいて、小さい各白抜きの丸印は、１つのＡＥ波の重心周波数のプロットである。
図５Ａの強度評価データでは、試験体の破断を表わしていない各白抜きの丸印が多いので、引張荷重がどの値を超えたら重心周波数が低下していると言えるのかを判定し難い。図５Ｂは、図５Ａにおいて、重心周波数のプロット（多数の白抜きの丸印）の密度をグレースケールで表わした図である。図５Ｂにおいて、濃い色の領域が、白抜きの丸印の密度が高い領域である。この領域から、図５Ｂの矢印が示すように、引張荷重が概ね４７５ＭＰａを超えたら重心周波数が低下していると言える。したがって、試験体の引張強度は約４７５ＭＰａであることが分かる。
図６Ａと図６Ｂは、本開示の実施形態による強度検査方法により実際に得られた強度評価データを示す。図６Ａと図６Ｂは、図５Ａの場合と同じ、ステップＳ１で生成した波形データから得られたデータである。図６Ａは、持続時間が３０マイクロ秒を超えるＡＥ波を対象波として特定した場合（すなわち、上記時間閾値を３０マイクロ秒とした場合）を示す。図６Ｂは、持続時間が２００マイクロ秒を超えるＡＥ波を対象波として特定した場合を示す。
図６Ａと図６Ｂの強度評価データにおいて、これらの図の矢印が示すように、引張荷重が概ね４７５ＭＰａを超えたら重心周波数が低下していることが分かる。持続時間がより長い各対象波から生成した図６Ｂの強度評価データでは、引張荷重がどの値を超えたら重心周波数が低下しているのかを、図６Ａの場合よりも精度よく判定することができる。
（実施形態による効果）
持続時間が時間閾値以下であるＡＥ波には、試験体の破断とは関係しない比較的高い周波数成分が含まれている傾向がある。したがって、このような持続時間の短いＡＥ波の重心周波数は、試験体の破断の有無を表わさない傾向にある。
これに対し、本開示の実施形態では、上述のように、このような持続時間が短いＡＥ波を用いずに、重心周波数が試験体の破断の有無を表わす傾向にある持続時間の長いＡＥ波（対象波）を用いて強度評価データを生成している。したがって、このような強度評価データに基づいて、試験体の引張強度を精度よく判定することが可能となる。
また、持続時間が時間閾値以下のＡＥ波に対する処理（例えば重心周波数を求める処理）が不要となるので、強度評価データを生成するための処理量が低減される。例えば、図５Ａのように膨大な数のＡＥ波の重心周波数を生成することが不要になり、図５Ａのデータから図５Ｂのデータを生成する処理が不要になる。
本開示は上述した実施の形態に限定されず、本開示の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。
１ ＡＥセンサ、２ 対象波特定部、３ 演算部、３ａ スペクトル生成部、３ｂ 重心周波数算出部、４ 評価データ生成部、５ 荷重データ生成部、６ 時間計測部、７ 荷重センサ、８ ディスプレイ装置、１０ 強度検査装置、Ｔｓ 設定時間、Ｄｔ 変位閾値

Claims (5)

  1. 所定の種類の繊維強化複合材料である試験体の引張強度を評価するための強度検査装置であって、
    引張荷重を増加させながら前記試験体に与えている試験期間において、該引張荷重により前記試験体において生じるＡＥ波を検出してＡＥ波の波形データを生成するＡＥセンサと、
    各時点でのＡＥ波の変位を表す前記波形データにおいて、設定時間が経過する度に、当該設定時間中に大きさが少なくとも１回は変位閾値以上になっている一連の変位を１つのＡＥ波として、前記波形データに基づいて、持続時間が時間閾値よりも長いＡＥ波を対象波として特定する対象波特定部と、
    各対象波の重心周波数を求める演算部と、
    各対象波について、該対象波の前記重心周波数と、該対象波の検出時点で前記試験体に与えた前記引張荷重の大きさとを対応付けた強度評価データを生成する評価データ生成部と、を備え、
    前記所定の種類の繊維強化複合材料について、前記試験期間において、前記時間閾値以下の持続時間を有するＡＥ波が、前記時間閾値よりも長い持続時間を有する対象波よりも多く生じるように、前記時間閾値が設定されている、強度検査装置。
  2. 前記対象波特定部は、前記波形データに基づいて、持続時間が前記時間閾値よりも長いＡＥ波を対象波として特定し、各対象波と、当該対象波の検出時点とを対応付けた対象波データを生成し、
    前記演算部は、前記対象波データに基づいて、各対象波の重心周波数を求め、各対象波の重心周波数と、該対象波の検出時点とを対応付けた重心周波数データを生成し、
    前記評価データ生成部は、前記重心周波数データと、経過時間に対する前記引張荷重の大きさを表わす荷重データとに基づいて、前記強度評価データを生成する、請求項１に記載の強度検査装置。
  3. 前記演算部は、
    各対象波の波形に基づいて該対象波のスペクトルデータを生成するスペクトル生成部と、
    各対象波の前記スペクトルデータに基づいて、該ＡＥ波の重心周波数を求める重心周波数算出部と、を有する、請求項１に記載の強度検査装置。
  4. 前記強度評価データを表示するディスプレイ装置を備える、請求項１に記載の強度検査装置。
  5. 所定の種類の繊維強化複合材料である試験体の引張強度を評価するための強度検査方法であって、
    引張荷重を増加させながら前記試験体に与え、これにより前記試験体において生じるＡＥ波の波形データを、ＡＥセンサにより生成し、
    各時点でのＡＥ波の変位を表す前記波形データにおいて、設定時間が経過する度に、当該設定時間中に大きさが少なくとも１回は変位閾値以上になっている一連の変位を１つのＡＥ波として、前記波形データに基づいて、持続時間が時間閾値よりも長いＡＥ波を、対象波特定部により対象波として特定し、
    各対象波の重心周波数を演算部により求め、
    各対象波について、該対象波の前記重心周波数と、該対象波の検出時点で前記試験体に与えた前記引張荷重の大きさとを対応付けた強度評価データを、評価データ生成部により生成し、
    前記所定の種類の繊維強化複合材料について、引張荷重を増加させながら前記試験体に与えている試験期間において、前記時間閾値以下の持続時間を有するＡＥ波が、前記時間閾値よりも長い持続時間を有する対象波よりも多く生じるように、前記時間閾値が設定されている、強度検査方法。
JP2021501203A 2019-02-20 2019-02-20 強度検査方法および強度検査装置 Active JP7313421B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2019/006335 WO2020170360A1 (ja) 2019-02-20 2019-02-20 強度検査方法および強度検査装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2020170360A1 JPWO2020170360A1 (ja) 2021-12-16
JP7313421B2 true JP7313421B2 (ja) 2023-07-24

Family

ID=72143357

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021501203A Active JP7313421B2 (ja) 2019-02-20 2019-02-20 強度検査方法および強度検査装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220146385A1 (ja)
EP (1) EP3929560A4 (ja)
JP (1) JP7313421B2 (ja)
WO (1) WO2020170360A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6957399B2 (ja) * 2018-03-26 2021-11-02 株式会社Ｉｈｉ検査計測 強度検査方法および強度評価用装置
CN113466044B (zh) * 2021-07-20 2023-07-18 西安近代化学研究所 一种巴西试验过程炸药缺陷生成测试方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010047691A1 (en) 2000-01-03 2001-12-06 Yuris Dzenis Hybrid transient-parametric method and system to distinguish and analyze sources of acoustic emission for nondestructive inspection and structural health monitoring
JP5841081B2 (ja) 2013-01-24 2016-01-06 株式会社Ｉｈｉ検査計測 強度検査方法および強度評価用データ出力装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5841081B2 (ja) 1976-06-15 1983-09-09 積水化学工業株式会社 気液接触装置
IT1243461B (it) * 1990-07-30 1994-06-15 Pirelli Prod Diversificati Procedimento per il controllo qualitativo di prodotti aventi parti in materiale elastomerico
JPH05133842A (ja) * 1991-11-11 1993-05-28 Toshiba Corp セラミツク動翼部品の保証試験装置
US10048230B2 (en) * 2013-11-14 2018-08-14 The Boeing Company Structural bond inspection
JP6165908B1 (ja) * 2016-03-16 2017-07-19 株式会社Ｉｈｉ検査計測 複合材料の損傷評価方法と装置
US10801998B2 (en) * 2017-03-13 2020-10-13 University Of South Carolina Identifying structural defect geometric features from acoustic emission waveforms
JP6957399B2 (ja) * 2018-03-26 2021-11-02 株式会社Ｉｈｉ検査計測 強度検査方法および強度評価用装置
WO2019208586A2 (ja) * 2018-04-25 2019-10-31 旭化成株式会社 連続繊維強化樹脂成形体、及びその製造方法
CN109283047B (zh) * 2018-11-29 2023-10-20 四川大学 一种深地工程环境下岩体损伤监测系统及评价方法
WO2020170359A1 (ja) * 2019-02-20 2020-08-27 株式会社Ｉｈｉ検査計測 繊維強化複合材料の健全性評価装置と方法
CN112748007B (zh) * 2020-12-29 2022-06-07 长沙理工大学 一种基于声发射的抗腐蚀疲劳性能测试装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010047691A1 (en) 2000-01-03 2001-12-06 Yuris Dzenis Hybrid transient-parametric method and system to distinguish and analyze sources of acoustic emission for nondestructive inspection and structural health monitoring
JP5841081B2 (ja) 2013-01-24 2016-01-06 株式会社Ｉｈｉ検査計測 強度検査方法および強度評価用データ出力装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP3929560A1 (en) 2021-12-29
WO2020170360A1 (ja) 2020-08-27
JPWO2020170360A1 (ja) 2021-12-16
US20220146385A1 (en) 2022-05-12
EP3929560A4 (en) 2022-03-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ni et al. Wavelet transform of acoustic emission signals in failure of model composites
Zhou et al. Damage identification method based on continuous wavelet transform and mode shapes for composite laminates with cutouts
JP7313421B2 (ja) 強度検査方法および強度検査装置
JP7166426B2 (ja) 繊維強化複合材料の健全性評価装置と方法
JP5841081B2 (ja) 強度検査方法および強度評価用データ出力装置
JP2017161504A (ja) 複合材料の層内欠陥モードの試験データを整理する方法
Ma et al. Fatigue of composite honeycomb sandwich panels under random vibration load
Healey et al. A review on aircraft spectra simplification techniques for composite structures
Suresh Kumar et al. Experimental investigation on the effect of glass fiber orientation on impact damage resistance under cyclic indentation loading using AE monitoring
Koziol et al. Evaluation of the failure progress in the static bending of GFRP laminates reinforced with a classic plain‐woven fabric and a 3 D fabric, by means of the vibrations analysis
Leong et al. Fatigue failure of sandwich beams with face sheet wrinkle defects
JP2017090328A (ja) 風力発電機用ブレードの検査方法
US11680879B2 (en) Strength testing method and strength evaluation device
Katunin et al. Fatigue life assessment of hybrid bio-composites based on self-heating temperature
Khammassi et al. A simplified modal-based method to quantify delamination in carbon fibre-reinforced plastic beam
Matsuda et al. Numerical simulation of fatigue crack propagation under superimposed stress histories containing different frequency components with several mean stress conditions
Christian et al. Real-time quantification of damage in structural materials during mechanical testing
Li et al. Fatigue damage monitoring and evolution for basalt fiber reinforced polymer materials
Braisaz et al. Fatigue damage monitoring and stiffness assessment in plain weave composites by means of acoustic emission and digital image correlation
dos Santos et al. Modal strain energy based damage detection applied to a full scale composite helicopter blade
Eleftheroglou et al. In-situ fatigue damage assessment of carbon-fibre reinforced polymer structures using advanced experimental techniques
Jiang et al. Study on acoustic emission parameter fusion-based NOL ring damage assessment method for modeling hydrogen storage cylinder shells
Ameyaw et al. Fault diagnosis using Probability of Detection (POD)‐based sensor/information fusion for vibration‐based analysis of elastic structures
Bremer et al. NDT-based characteriazation of timber and vulcanized fiber for civil infrastructure
La Saponara et al. Fatigue damage identification in composite structures through ultrasonics and wavelet transform signal processing

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20211203

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220909

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20221102

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20221223

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230214

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230526

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230623

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230707

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230711

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7313421

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150