有限要素法を用いた屈曲CFRP中の欠陥に対する 3次元順解析および時間反転解析

摘要

本論文では,2次元問題を扱った前論文を3次元問題へと拡張し，引き続き屈曲した炭素繊維強化プラスチック（CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastic)中の欠陥検出方法について検討する.CFRPは軽量で高強度，耐腐食性の性質を示すものの，異方性の性質を示し，力学特性が複雑である.近年,CFRPは航空宇宙，自動車，土木分野において需要が拡大しており，今後,単なる薄板としての利用のみならず,複雑形状に加工した上での利用が進むと思われる.しかしながら，例えば複雑加工の一例である屈曲CFRPは，外部圧力状態や複雑形状が原因で，炭素繊維積層シートの層間が完全に接着せず，層間剥離が生じる可能性が指摘されている.そのような屈曲CFRP中の層間剥離に，従来の超音波非破壊検査を適用する場合,異方性が原因で，欠陥からの散乱波は極めて複雑となり，検査精度の低下を招く危険性がある.このような背景から，屈曲CFRP中を伝搬する超音波のシミュレーションがいくつか行なわれている.例えば，Xuらは差分法を用いて屈曲CFRP中の二次元超音波伝搬シミュレーションを行なっている.一方，Ashizawaらは，差分法を用いて円筒CFRPに対する二次元超音波伝搬シミュレーションを行ない，結果をレーザー超音波可視化試験結果と比較している.しかしながら，層間剥離を検出する逆解析は行なわれていない.Spiesら，斎藤らは，異方性材料中の欠陥形状再構成手法を開発している力;'，屈曲CFRPのように異方性の度合いが連続的に変化する領域内の欠陥形状再構成は難しい.このような背景を踏まえ，著者らは，時間反転法に着目し，2次元問題を対象に屈曲CFRP中の層間剥離の再構成に関する研究を行ってきた.しかしながら，CFRPは積層の仕方や着目断面によって異方性の性質が大きく異なるため，3次元問題として扱うことが望ましい.