Detection of Debonding in Adhesively Bonded Al-GFRP Joints with Embedded EFPI Fiber Optic Sensors

1 緒 言 高分子系複合材料である FRP (Fiber Reinforced Plastics) は,高強度かつ軽量という特徴を有しており,最近,炭 素繊維を強化材とする CFRPが航空機の構造部材として 適用され,その発展に寄与している.しかし,均質材料 である金属とは異なり,強化繊維と高分子材料からなる FRPは,不均質かつ異方性を有することから,その接合 法としては接着接合が望まれるものの,接着剤の化学的 反応を伴なうこと,複合材料特有の多様な破壊モードな ど,その信頼性を確保することが難しいという問題を抱 えている. 信頼性を確保する手段として,光ファイバセンサを FRPに埋め込み,その健全性を常にモニタリングして,信 頼性を保証するヘルスモニタリング手法の適用が考えられ る.光ファイバは FRPの強化繊維と同形態であるため, FRP内部に埋め込むことが容易であり,埋め込むことに よる FRPへの悪影響を最小限に抑えることが可能である. そこで,内部に埋め込まれた光ファイバの破断により,は く離等の損傷を検出する研究が報告されている.1)~ 6)これ らの研究は,光ファイバの破断による光の透過のみを検 出に利用していることから,システムがシンプルであり, 実用性が高いと考えられるが,微小な損傷を検出するこ とができない.一方,ひずみ測定機能を利用して,損傷 をより精度良く検出する研究が進められている.光ファ イバセンサ・システムとしては主に EFPIと Fiber Bragg Grating (FBG) の 2種類が検討されている.EFPIと FBGセンサを FRPの内部に埋め込み,そのひずみ機能 を利用して,硬化過程および層間はく離を検出する手法,7) EFPIセンサを中央層,表面層に埋め込み,内部のひず み分布変化から層間はく離を検出する手法 8)などが検討 されている.また,センサの高機能なひずみ測定機能を 利用して,内部損傷により発生する AE信号の検出,9)ピ エゾ・アクチュエータにより加えられた超音波の測定によ る,接着部のはく離検出 10)についての報告がなされてい る.船舶に使用される T型継手のはく離検出を目標に, FBGセンサをGFRPに埋め込むことによる VARTMとハ ンドレイアップ GFRPのはく離検出手法について検討さ れている.11), 12)グレーティングの周期を変化させた CFBG (Chirped FBG) センサを使用して,ひずみ分布変化によ る反射光スペクトル変化からGFRP接着継手のはく離発 生および進展を検出する研究が行われている.13)以上述べ た FBGセンサによるはく離検出はそのひずみ値よりも反 射スペクトルの形が変化することを利用する方法である. 一方,EFPIセンサは,FBGセンサに比べて温度の影響 を受け難く,また,不均一ひずみの影響を受ける FBGセ ンサとは異なりゲージ長部分における平均ひずみを正確 埋込 EFPI光ファイバセンサによる Al-GFRP接着継手のはく離検出 逢 坂 勝 彦 高 坂 達 郎 澤 田 吉 裕 Detection of Debonding in Adhesively Bonded Al-GFRP Joints with Embedded EFPI Fiber Optic Sensors