JPH0815208A - 複合材料損傷検知システム - Google Patents
複合材料損傷検知システムInfo
- Publication number
- JPH0815208A JPH0815208A JP14936794A JP14936794A JPH0815208A JP H0815208 A JPH0815208 A JP H0815208A JP 14936794 A JP14936794 A JP 14936794A JP 14936794 A JP14936794 A JP 14936794A JP H0815208 A JPH0815208 A JP H0815208A
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- Japan
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- memory alloy
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Abstract
(57)【要約】
【目的】この発明は、複合材料に生じたき裂や損傷を容
易に検知できることを主要な目的とする。 【構成】積層構造を有する複合材料にＮｉＴｉ形状記憶
合金の細線(12)を埋め込んだ後、細線(12)に電流を流
し、マトリックス材料にき裂や損傷を生じた際の細線(1
2)の電気抵抗変化を捉えることを特徴とする複合材料損
傷検知システム。
易に検知できることを主要な目的とする。 【構成】積層構造を有する複合材料にＮｉＴｉ形状記憶
合金の細線(12)を埋め込んだ後、細線(12)に電流を流
し、マトリックス材料にき裂や損傷を生じた際の細線(1
2)の電気抵抗変化を捉えることを特徴とする複合材料損
傷検知システム。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は複合材料損傷検知シス
テムに関し、構造用材料として使用されるＧＦＲＰ，Ｃ
ＦＲＰやアルミとプラスチックの積層構成を有するマク
ロラミネート材料，サンドイッチ構造を有する金属材料
などに有利に適用できるシステムに関する。
テムに関し、構造用材料として使用されるＧＦＲＰ，Ｃ
ＦＲＰやアルミとプラスチックの積層構成を有するマク
ロラミネート材料，サンドイッチ構造を有する金属材料
などに有利に適用できるシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】複合材料に対して損傷検知システムを構
築する際に、従来は積層材料中に光ファイバーを埋め込
んでいた。しかし、レーザー光線を使用するために光源
や光の伝達方法，受光方法などについて複雑なシステム
を必要とすることや、光ファイバーを大きく曲げること
が難しいため、製造方法に困難を生じたり，光ファイバ
ーの配置が限定されることなどから、使用範囲が限られ
る。
築する際に、従来は積層材料中に光ファイバーを埋め込
んでいた。しかし、レーザー光線を使用するために光源
や光の伝達方法，受光方法などについて複雑なシステム
を必要とすることや、光ファイバーを大きく曲げること
が難しいため、製造方法に困難を生じたり，光ファイバ
ーの配置が限定されることなどから、使用範囲が限られ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この発明はこうした事
情を考慮してなされたもので、積層構成を有する複合材
料中に損傷検出媒体を自由に配置することを可能とする
と共に、簡易な機器を用いて材料の変化を検出可能とす
る複合材料損傷検知システムを提供することを目的とす
る。
情を考慮してなされたもので、積層構成を有する複合材
料中に損傷検出媒体を自由に配置することを可能とする
と共に、簡易な機器を用いて材料の変化を検出可能とす
る複合材料損傷検知システムを提供することを目的とす
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この発明は、積層構造を
有する複合材料にＮｉＴｉ形状記憶合金の細線を埋め込
んだ後、細線に電流を流し、マトリックス材料にき裂や
損傷を生じた際の細線の電気抵抗変化を捉えることを特
徴とする複合材料損傷検知システムである。
有する複合材料にＮｉＴｉ形状記憶合金の細線を埋め込
んだ後、細線に電流を流し、マトリックス材料にき裂や
損傷を生じた際の細線の電気抵抗変化を捉えることを特
徴とする複合材料損傷検知システムである。
【０００５】この発明では、例えば図１（Ａ），（Ｂ）
に示すようにして細線の電気抵抗変化を捉える。まず、
図１（Ａ）に示すように、積層構成を有する複合材料11
の層間にＮｉＴｉ形状記憶合金製の細線12を埋め込む。
ここで、前記細線12には電流を流しておく。前記複合材
料11に、図１（Ｂ）に示すようにき裂13を生じると、Ｎ
ｉＴｉ形状記憶合金製の細線12のき裂発生位置14は局部
的に高ひずみ状態となる。後述するようにＮｉＴｉ形状
記憶合金繊維は応力の上昇に伴って電気抵抗が減少する
性質を有しており、標準的なブリッジ回路により検出す
ることが可能である。このように、マトリックス材料に
き裂や損傷を生じた細線の電気抵抗変化を捉えることに
より複合材料を検知することが可能となる。
に示すようにして細線の電気抵抗変化を捉える。まず、
図１（Ａ）に示すように、積層構成を有する複合材料11
の層間にＮｉＴｉ形状記憶合金製の細線12を埋め込む。
ここで、前記細線12には電流を流しておく。前記複合材
料11に、図１（Ｂ）に示すようにき裂13を生じると、Ｎ
ｉＴｉ形状記憶合金製の細線12のき裂発生位置14は局部
的に高ひずみ状態となる。後述するようにＮｉＴｉ形状
記憶合金繊維は応力の上昇に伴って電気抵抗が減少する
性質を有しており、標準的なブリッジ回路により検出す
ることが可能である。このように、マトリックス材料に
き裂や損傷を生じた細線の電気抵抗変化を捉えることに
より複合材料を検知することが可能となる。
【０００６】
【作用】図２は、複合材料中に配置されたＮｉＴｉ形状
記憶合金製の細線12の近傍にき裂13が発生した状況を示
す。き裂先端塑性域21にある細線は大きな応力，軸方向
伸びを受ける。図３は、ＮｉＴｉ形状記憶合金細線の抵
抗率と温度との関係を示す。ＮｉＴｉ形状記憶合金は、
冷却中にオーステナイト相からマルテンサイト相に変化
すると抵抗率が急激に変化する。なお、ＮｉＴｉ形状記
憶合金のこのような変化は、応力変化によっても生じ、
温度と応力の変化に対して等価であることを図４に示し
ている。それ故に、ＮｉＴｉ形状記憶合金細線の抵抗率
は、応力誘起マルテンサイト変態中にも図３と同様な変
化を示す。
記憶合金製の細線12の近傍にき裂13が発生した状況を示
す。き裂先端塑性域21にある細線は大きな応力，軸方向
伸びを受ける。図３は、ＮｉＴｉ形状記憶合金細線の抵
抗率と温度との関係を示す。ＮｉＴｉ形状記憶合金は、
冷却中にオーステナイト相からマルテンサイト相に変化
すると抵抗率が急激に変化する。なお、ＮｉＴｉ形状記
憶合金のこのような変化は、応力変化によっても生じ、
温度と応力の変化に対して等価であることを図４に示し
ている。それ故に、ＮｉＴｉ形状記憶合金細線の抵抗率
は、応力誘起マルテンサイト変態中にも図３と同様な変
化を示す。
【０００７】ＮｉＴｉ形状記憶合金細線の電気抵抗変化
は、塑性域内にある材料全部が近似的に図３で与えられ
た４．４μｍΩ−cmの抵抗減少を示すと仮定することに
よって得られる。塑性域寸法は次式で与えられる。
は、塑性域内にある材料全部が近似的に図３で与えられ
た４．４μｍΩ−cmの抵抗減少を示すと仮定することに
よって得られる。塑性域寸法は次式で与えられる。
【０００８】ｒp ＝ＫIC 2 ／π・ρy 2 ここで、ρy は降伏応力である。2024-T851 アルミニウ
ム合金の層間にＮｉＴｉ形状記憶合金細線を埋め込んだ
サンドイッチ構造を有する金属複合材料を考えた場合、
降伏応力は４３０ＭＰａであり、ＫIC＝２６ＭＰａｍ
1/2 であることから、前式よりき裂先端塑性域長さは
１．２mmと推定される。もし、ＮｉＴｉ形状記憶合金細
線の直径が５０μｍであるなら、ＮｉＴｉ形状記憶合金
細線の電気抵抗変化は、（４．４μΩcm×０．１２cm）
／０．００００２０cm2 ＝０．０２６Ωと推定される。
ム合金の層間にＮｉＴｉ形状記憶合金細線を埋め込んだ
サンドイッチ構造を有する金属複合材料を考えた場合、
降伏応力は４３０ＭＰａであり、ＫIC＝２６ＭＰａｍ
1/2 であることから、前式よりき裂先端塑性域長さは
１．２mmと推定される。もし、ＮｉＴｉ形状記憶合金細
線の直径が５０μｍであるなら、ＮｉＴｉ形状記憶合金
細線の電気抵抗変化は、（４．４μΩcm×０．１２cm）
／０．００００２０cm2 ＝０．０２６Ωと推定される。
【０００９】このように、き裂の存在によりＮｉＴｉ形
状記憶合金製の細線の電気抵抗は、き裂が存在しない場
合の電気抵抗と比較して１０％程度変化する。このよう
な電気抵抗の変化は標準的なブリッジ回路によって容易
に計測可能であり、複合材料中にＮｉＴｉ形状記憶合金
製の細線を張り巡らし電気抵抗変化を計測することによ
り材料に発生した損傷の検知が可能となる。
状記憶合金製の細線の電気抵抗は、き裂が存在しない場
合の電気抵抗と比較して１０％程度変化する。このよう
な電気抵抗の変化は標準的なブリッジ回路によって容易
に計測可能であり、複合材料中にＮｉＴｉ形状記憶合金
製の細線を張り巡らし電気抵抗変化を計測することによ
り材料に発生した損傷の検知が可能となる。
【００１０】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図面を参照して
説明する。この実施例はこの発明を船舶部品へ適用した
例で、複合材料製の舵51への適用例を図５に示す。この
実施例は、き裂伝播阻止用のストリップ52やき裂捕集用
のパッチ53にＮｉＴｉ形状記憶合金製の細線54を張り巡
らし、損傷を検知しようとするシステムであり、コンピ
ュータ55でコントロールされたデジタルデータ変換装置
56が付属している。
説明する。この実施例はこの発明を船舶部品へ適用した
例で、複合材料製の舵51への適用例を図５に示す。この
実施例は、き裂伝播阻止用のストリップ52やき裂捕集用
のパッチ53にＮｉＴｉ形状記憶合金製の細線54を張り巡
らし、損傷を検知しようとするシステムであり、コンピ
ュータ55でコントロールされたデジタルデータ変換装置
56が付属している。
【００１１】なお、対象材料としては、構造用材料とし
て使用されるＧＦＲＰ，ＣＦＲＰやアルミとプラスチッ
クの積層構成を有するマクロラミネート材料，サンドイ
ッチ構造を有する金属材料などが挙げられ、風車翼等，
複合材料を使用した各種の構造部材にも適用可能であ
る。
て使用されるＧＦＲＰ，ＣＦＲＰやアルミとプラスチッ
クの積層構成を有するマクロラミネート材料，サンドイ
ッチ構造を有する金属材料などが挙げられ、風車翼等，
複合材料を使用した各種の構造部材にも適用可能であ
る。
【００１２】前記ＮｉＴｉ形状記憶合金細線は、伸びと
電気抵抗との間で線形関係を示すことから、ひずみ計測
に対しても有用である。このようなＮｉＴｉ形状記憶合
金細線を構造用材料に埋込み，ひずみ計測と損傷検知の
両者を可能とすることにより、対象構造を能動的に制御
するシステムにリアルタイムに情報を与えることが可能
になる。大きなひずみが計測されたり、材料損傷（き裂
など）が検知された際には、制御システムは応力を低下
させるような動作を支持し、構造物の安全性を積極的に
確保することが可能となる。
電気抵抗との間で線形関係を示すことから、ひずみ計測
に対しても有用である。このようなＮｉＴｉ形状記憶合
金細線を構造用材料に埋込み，ひずみ計測と損傷検知の
両者を可能とすることにより、対象構造を能動的に制御
するシステムにリアルタイムに情報を与えることが可能
になる。大きなひずみが計測されたり、材料損傷（き裂
など）が検知された際には、制御システムは応力を低下
させるような動作を支持し、構造物の安全性を積極的に
確保することが可能となる。
【００１３】
【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
積層構成を有する複合材料にＮｉＴｉ形状記憶合金製の
細線を埋め込んだ後、細線に電流を流して電気抵抗変化
を捉ることにより、複合材料に生じたき裂や損傷を容易
に検知しうる複合材料損傷検知システムを提供できる。
積層構成を有する複合材料にＮｉＴｉ形状記憶合金製の
細線を埋め込んだ後、細線に電流を流して電気抵抗変化
を捉ることにより、複合材料に生じたき裂や損傷を容易
に検知しうる複合材料損傷検知システムを提供できる。
【図１】この発明を適用した複合材料構造の説明図であ
り、図１（Ａ）は複合材料の層間にＮｉＴｉ形状記憶合
金製の細線を埋め込んだ状態の説明図、図１（Ｂ）は複
合材料にき裂が生じた場合の説明図。
り、図１（Ａ）は複合材料の層間にＮｉＴｉ形状記憶合
金製の細線を埋め込んだ状態の説明図、図１（Ｂ）は複
合材料にき裂が生じた場合の説明図。
【図２】ＮｉＴｉ形状記憶合金細線の近傍におけるき裂
発生状況を示す図。
発生状況を示す図。
【図３】ＮｉＴｉ形状記憶合金細線の抵抗率と温度との
関係を示す図。
関係を示す図。
【図４】ＮｉＴｉ形状記憶合金細線の組織変化と温度，
応力との関係を示す図。
応力との関係を示す図。
【図５】この発明の船舶用部品への適用例を示す説明
図。
図。
11…複合材料、 12，54…細線、
13…き裂、14…き裂発生位置、 21…き裂先端塑
性域、 51…舵、52…ストリップ、 53…パ
ッチ、 55…コンピュータ、56…デジタル変
換装置。
13…き裂、14…き裂発生位置、 21…き裂先端塑
性域、 51…舵、52…ストリップ、 53…パ
ッチ、 55…コンピュータ、56…デジタル変
換装置。
Claims (1)
- 【請求項１】 積層構造を有する複合材料にＮｉＴｉ形
状記憶合金の細線を埋め込んだ後、細線に電流を流し、
マトリックス材料にき裂や損傷を生じた際の細線の電気
抵抗変化を捉えることを特徴とする複合材料損傷検知シ
ステム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14936794A JPH0815208A (ja) | 1994-06-30 | 1994-06-30 | 複合材料損傷検知システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14936794A JPH0815208A (ja) | 1994-06-30 | 1994-06-30 | 複合材料損傷検知システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0815208A true JPH0815208A (ja) | 1996-01-19 |
Family
ID=15473594
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14936794A Withdrawn JPH0815208A (ja) | 1994-06-30 | 1994-06-30 | 複合材料損傷検知システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0815208A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002225166A (ja) * | 2001-01-29 | 2002-08-14 | Fuji Heavy Ind Ltd | 複合材および複合材の損傷制御方法 |
| WO2005033475A1 (ja) * | 2003-10-01 | 2005-04-14 | Hitachi, Ltd. | トンネル落盤監視システム、トンネル落盤監視方法及び土木構造物破損監視システム |
| JP2007071793A (ja) * | 2005-09-09 | 2007-03-22 | Hitachi Zosen Corp | 構造部材のき裂検出方法 |
| JP2008506950A (ja) * | 2004-07-16 | 2008-03-06 | シミュラ インコーポレイテッド | 装甲内のクラック、および破損した部品を検出するための方法とシステム |
| US10471725B2 (en) | 2015-12-11 | 2019-11-12 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Collapsible container and sensor |
-
1994
- 1994-06-30 JP JP14936794A patent/JPH0815208A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002225166A (ja) * | 2001-01-29 | 2002-08-14 | Fuji Heavy Ind Ltd | 複合材および複合材の損傷制御方法 |
| JP4562295B2 (ja) * | 2001-01-29 | 2010-10-13 | 富士重工業株式会社 | 複合材および複合材の損傷制御方法 |
| WO2005033475A1 (ja) * | 2003-10-01 | 2005-04-14 | Hitachi, Ltd. | トンネル落盤監視システム、トンネル落盤監視方法及び土木構造物破損監視システム |
| JP2008506950A (ja) * | 2004-07-16 | 2008-03-06 | シミュラ インコーポレイテッド | 装甲内のクラック、および破損した部品を検出するための方法とシステム |
| JP2007071793A (ja) * | 2005-09-09 | 2007-03-22 | Hitachi Zosen Corp | 構造部材のき裂検出方法 |
| JP4707506B2 (ja) * | 2005-09-09 | 2011-06-22 | 日立造船株式会社 | 構造部材のき裂検出方法 |
| US10471725B2 (en) | 2015-12-11 | 2019-11-12 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Collapsible container and sensor |
| US10800176B2 (en) | 2015-12-11 | 2020-10-13 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Collapsible container and sensor |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010904 |