スペックル干渉法を用いたひずみ分布測定によるCFRP積層板の剛性低下評価

摘要

For evaluating stiffness degradation caused by internal defects on carbon fiber reinforced plastics (CFRP), strain distributions of a CFRP plate due to light loads are measured using electronic speckle pattern interferometry (ESPI). Internal defects are created by applying the load of 62.5% for the fracture load using a three-point bending test. Before and after the loading, the stiffness of the specimen is measured under a light load less than 12.5% for the fracture load by the three-point bending test with measuring the surface strain distribution using ESPI. The result shows that the strain after the internal defect creation is lower than the strain of the initial state. Therefore, the stiffness degradation due to the existence of the internal defects created by the load less than the fracture load can be evaluated by ESPI. Additionally, the strain increasing ratio map is obtained using the strain distributions. It is expected that the high-sensitive strain measurement by ESPI can be used for non-destructive evaluations of the CFRP laminates.%炭素繊維強化プラスチック（Carbon fiber reinforced plastics,以下CFRP)は比強度が高いことから，航空·輸送 機器やスポーツ用品に多く使用されている.CFRPは軸方 向に弾性率および強度の高い炭素繊維とこれに比較して弾 性率や強度の低い樹脂材料で構成されるため，機械的特性 や変形•破壊挙動が均質材料よりも複雑である.これは CFRPの微視的破壊には，層間剥離，繊維破断，繊維/樹 脂界面剥離，樹脂破壊等があり，これらが互いに影響する ことが要因である.またCFRPの構造体の場合，金属のよ うな塑性変形をしないため，内部損傷があっても除荷後に 形状が回復しやすいという特徴があるため，損傷状態の非 破壊的な検査技術が必要である.CFRPの非破壊検査技術 としては，X線CTを用いた内部損傷の可視化や，内 部損傷にともない発生するアコースティック·エミッショ ン（AE)を検出する方法などが行われている.前者 は材料に負荷を与えずに評価できる手法であるのに対し， 後者は負荷過程の微視破壊をリアルタイムで測定可能であ る.これらの方法に比較して，より広範囲を容易に測定で き内部の微視破壊を伴わずに評価可能な技術があれば，X 線やAEを用いた手法と組み合わせることでより効率的な 非破壊検査が可能になると考えられる.例えば，微小荷重 に対する応答としてのひずみ分布を広範囲に測定すること で，内部損傷に対応した剛性の低下を評価できれば，非破 壊検査として有効であると考えられる.そこで本研究では，微小ひずみ分布測定が可能なスぺックル干渉法(Electronic speckle pattern interferometry,以下ESPI)を用いて，内部損 傷の蓄積に対応したわずかな剛性の変化を評価し，非破壊 検査手法としての有効性を検証した.