JPH05142130A - 疲労破壊の事前検出が可能なｆｒｐ部材及びその検出方法 - Google Patents
疲労破壊の事前検出が可能なｆｒｐ部材及びその検出方法Info
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- JPH05142130A JPH05142130A JP33571691A JP33571691A JPH05142130A JP H05142130 A JPH05142130 A JP H05142130A JP 33571691 A JP33571691 A JP 33571691A JP 33571691 A JP33571691 A JP 33571691A JP H05142130 A JPH05142130 A JP H05142130A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ＦＲＰ部材に無侵襲で、かつ簡便に、ＦＲＰ
の疲労破壊を事前に検知することができ、さらに複雑な
形状のＦＲＰ部材にも適用することができるＦＲＰ部材
の疲労破壊の事前検出が可能なＦＲＰ部材及びその検出
方法を提供する。 【構成】 強化繊維と樹脂マトリックスとからなり、応
力−磁気特性を有する磁性体を配合した後で硬化したＦ
ＲＰ部材であって、前記磁性体の透磁率の変化を測定す
ることにより、疲労破壊を事前に検出することができ
る。
の疲労破壊を事前に検知することができ、さらに複雑な
形状のＦＲＰ部材にも適用することができるＦＲＰ部材
の疲労破壊の事前検出が可能なＦＲＰ部材及びその検出
方法を提供する。 【構成】 強化繊維と樹脂マトリックスとからなり、応
力−磁気特性を有する磁性体を配合した後で硬化したＦ
ＲＰ部材であって、前記磁性体の透磁率の変化を測定す
ることにより、疲労破壊を事前に検出することができ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、繊維強化プラスチック
（ＦＲＰ）部材の疲労破壊の事前検出が可能なＦＲＰ部
材及びその検出方法に関する。
（ＦＲＰ）部材の疲労破壊の事前検出が可能なＦＲＰ部
材及びその検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ＦＲＰ
は、軽量で高い強度を有し、また容易に種々の形状に成
形できるため、さまざまな分野で広汎に利用されてい
る。しかしながら、ＦＲＰ製品を長時間使用すると、Ｆ
ＲＰが疲労し、ＦＲＰにマイクロクラックが発生した
り、マトリックスと強化材繊維とが剥離する等の現象が
現れ、しまいには疲労破壊に至る。
は、軽量で高い強度を有し、また容易に種々の形状に成
形できるため、さまざまな分野で広汎に利用されてい
る。しかしながら、ＦＲＰ製品を長時間使用すると、Ｆ
ＲＰが疲労し、ＦＲＰにマイクロクラックが発生した
り、マトリックスと強化材繊維とが剥離する等の現象が
現れ、しまいには疲労破壊に至る。
【０００３】そこで、ＦＲＰの耐用限界を知る目的で、
ＦＲＰの疲労破壊を事前に検知することのできるＦＲＰ
部材の疲労破壊検出方法について種々の研究がなされて
いる。
ＦＲＰの疲労破壊を事前に検知することのできるＦＲＰ
部材の疲労破壊検出方法について種々の研究がなされて
いる。
【０００４】例えば、光透過法、Ｘ線法、超音波法、ア
コースティックエミッション法（ＡＥ法）等により、Ｆ
ＲＰの疲労劣化の程度を判定する方法が開発されつつあ
る。しかしながら、光透過法、Ｘ線法、超音波法による
方法は、ＦＲＰの比較的大きな欠陥に限定されてしま
う。一方、ＡＥ法によれば、比較的小さな欠陥を発見し
得るが、測定時にＦＲＰ製品に荷重をかける等の煩雑な
操作が必要になり、また精度上にも問題がある。
コースティックエミッション法（ＡＥ法）等により、Ｆ
ＲＰの疲労劣化の程度を判定する方法が開発されつつあ
る。しかしながら、光透過法、Ｘ線法、超音波法による
方法は、ＦＲＰの比較的大きな欠陥に限定されてしま
う。一方、ＡＥ法によれば、比較的小さな欠陥を発見し
得るが、測定時にＦＲＰ製品に荷重をかける等の煩雑な
操作が必要になり、また精度上にも問題がある。
【０００５】また別な方法として、特開昭60−114741号
は、ＦＲＰ部材内にＦＲＰ部材と一体的にカーボン長繊
維を配設し、その長繊維に通電し、その断線の有無を検
査することにより、ＦＲＰ部材の疲労破壊を事前に検出
する方法を開示している。しかしながら、この方法では
検査のためにＦＲＰ部材と長繊維を別々に製造し、長繊
維をＦＲＰ部材の表面に接着する等の煩雑な操作が要求
される。また、線状の長い繊維を接着する必要があるた
め、この方法は、複雑な形状を有するＦＲＰ部材に適用
することができない。さらに、検査時の通電によってＦ
ＲＰの特性劣化を招くおそれもある。
は、ＦＲＰ部材内にＦＲＰ部材と一体的にカーボン長繊
維を配設し、その長繊維に通電し、その断線の有無を検
査することにより、ＦＲＰ部材の疲労破壊を事前に検出
する方法を開示している。しかしながら、この方法では
検査のためにＦＲＰ部材と長繊維を別々に製造し、長繊
維をＦＲＰ部材の表面に接着する等の煩雑な操作が要求
される。また、線状の長い繊維を接着する必要があるた
め、この方法は、複雑な形状を有するＦＲＰ部材に適用
することができない。さらに、検査時の通電によってＦ
ＲＰの特性劣化を招くおそれもある。
【０００６】そこで、上記問題点を解決し、簡便に、Ｆ
ＲＰの疲労破壊を事前に検知することのでき、ＦＲＰ部
材の疲労破壊検出方法が望まれていた。
ＲＰの疲労破壊を事前に検知することのでき、ＦＲＰ部
材の疲労破壊検出方法が望まれていた。
【０００７】従って本発明の目的は、上記問題点を解消
し、ＦＲＰ部材に無侵襲で、かつ簡便に、ＦＲＰの疲労
破壊を事前に検知することができ、さらに複雑な形状の
ＦＲＰ部材にも適用することができるＦＲＰ部材の疲労
破壊の事前検出が可能なＦＲＰ部材及びその検出方法を
提供することである。
し、ＦＲＰ部材に無侵襲で、かつ簡便に、ＦＲＰの疲労
破壊を事前に検知することができ、さらに複雑な形状の
ＦＲＰ部材にも適用することができるＦＲＰ部材の疲労
破壊の事前検出が可能なＦＲＰ部材及びその検出方法を
提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】以上の目的に鑑み鋭意研
究の結果、本発明者等は、応力−磁気特性を有する磁性
体を配合してＦＲＰ部材を製造すれば、ＦＲＰ部材内に
配設された磁性体の透磁率の変化を検出することによ
り、ＦＲＰ部材の疲労破壊を事前に検出できることを見
い出し、本発明を完成した。
究の結果、本発明者等は、応力−磁気特性を有する磁性
体を配合してＦＲＰ部材を製造すれば、ＦＲＰ部材内に
配設された磁性体の透磁率の変化を検出することによ
り、ＦＲＰ部材の疲労破壊を事前に検出できることを見
い出し、本発明を完成した。
【０００９】すなわち、本発明のＦＲＰ部材は、強化繊
維と熱硬化性樹脂マトリックス又は熱可塑性樹脂マトリ
ックスとからなり、応力−磁気特性を有する磁性体を配
合した後で硬化したＦＲＰ部材であって、前記磁性体の
透磁率の変化を測定することにより、疲労破壊を事前に
検出することができることを特徴とする。
維と熱硬化性樹脂マトリックス又は熱可塑性樹脂マトリ
ックスとからなり、応力−磁気特性を有する磁性体を配
合した後で硬化したＦＲＰ部材であって、前記磁性体の
透磁率の変化を測定することにより、疲労破壊を事前に
検出することができることを特徴とする。
【００１０】また、本発明のＦＲＰ部材の疲労破壊の検
出方法は、強化繊維と熱硬化性樹脂マトリックス又は熱
可塑性樹脂マトリックスと応力−磁気特性を有する磁性
体とからなるＦＲＰを硬化させてＦＲＰ部材を製造し、
前記ＦＲＰ部材内に配設された前記磁性体の透磁率の変
化を測定することにより、疲労破壊を事前に検出するこ
とを特徴とする。
出方法は、強化繊維と熱硬化性樹脂マトリックス又は熱
可塑性樹脂マトリックスと応力−磁気特性を有する磁性
体とからなるＦＲＰを硬化させてＦＲＰ部材を製造し、
前記ＦＲＰ部材内に配設された前記磁性体の透磁率の変
化を測定することにより、疲労破壊を事前に検出するこ
とを特徴とする。
【００１１】以下、本発明を詳細に説明する。
【作用】一般に、強化繊維と樹脂マトリックスとからな
るマトリックス樹脂の硬化により、強化繊維にはその周
囲から数kg/mm 2 程度の圧縮応力が印加される。そして
ＦＲＰが疲労してくると、マトリックス中にマイクロク
ラックが発生し、伝播し、また強化繊維とマトリックス
との剥離が起こるようになる。そのため、強化繊維に印
加された圧縮応力は徐々に解放される。このような疲労
が進行していくと、最終的にはＦＲＰ部材の破壊が起き
る。
るマトリックス樹脂の硬化により、強化繊維にはその周
囲から数kg/mm 2 程度の圧縮応力が印加される。そして
ＦＲＰが疲労してくると、マトリックス中にマイクロク
ラックが発生し、伝播し、また強化繊維とマトリックス
との剥離が起こるようになる。そのため、強化繊維に印
加された圧縮応力は徐々に解放される。このような疲労
が進行していくと、最終的にはＦＲＰ部材の破壊が起き
る。
【００１２】そこで、ＦＲＰ部材の疲労破壊を事前に検
出するためには、強化繊維にかかっている圧縮応力の解
放の程度を検出すればよいことになる。このためには、
応力により磁気（透磁率）特性が大きく変化する特性
（以下応力−磁気特性という）を有する磁性体を硬化前
から配合しておき、その透磁率の変化を検出して、ある
一定レベルに透磁率が達したら疲労破壊の虞れが大きい
ということを知ることができる。
出するためには、強化繊維にかかっている圧縮応力の解
放の程度を検出すればよいことになる。このためには、
応力により磁気（透磁率）特性が大きく変化する特性
（以下応力−磁気特性という）を有する磁性体を硬化前
から配合しておき、その透磁率の変化を検出して、ある
一定レベルに透磁率が達したら疲労破壊の虞れが大きい
ということを知ることができる。
【００１３】本発明において、ＦＲＰに配合する応力−
磁気特性を有する磁性体の種類としては、Fe系アモルフ
ァス合金やFe−希土類系の超磁歪材等が挙げられる。特
にFe系アモルファス合金としては、 Fe − Si −Ｂ系の
アモルファス合金が好ましく、特に好ましくは、 Fe 65
〜67原子％、Si８〜９原子％、Ｂ11〜13原子％、Co10〜
12原子％及びCr１〜３原子％の組成を有するアモルファ
ス合金である。なお、このように各化学成分の含有量を
設定すると、アモルファス合金の応力−磁気特性をより
高めることができ、また耐食性を向上させることもでき
る。この耐食性の向上は、ＦＲＰがかなりの吸湿性を有
することからアモルファス合金の延命化を図る上でも有
効である。
磁気特性を有する磁性体の種類としては、Fe系アモルフ
ァス合金やFe−希土類系の超磁歪材等が挙げられる。特
にFe系アモルファス合金としては、 Fe − Si −Ｂ系の
アモルファス合金が好ましく、特に好ましくは、 Fe 65
〜67原子％、Si８〜９原子％、Ｂ11〜13原子％、Co10〜
12原子％及びCr１〜３原子％の組成を有するアモルファ
ス合金である。なお、このように各化学成分の含有量を
設定すると、アモルファス合金の応力−磁気特性をより
高めることができ、また耐食性を向上させることもでき
る。この耐食性の向上は、ＦＲＰがかなりの吸湿性を有
することからアモルファス合金の延命化を図る上でも有
効である。
【００１４】上記の応力−磁気特性を有する磁性体の形
状としては、長繊維、短繊維、リボン状、フレーク状、
粉末状のいずれであってもよいが、検出感度を高める目
的で長繊維（ワイヤー）とするのが好ましい。
状としては、長繊維、短繊維、リボン状、フレーク状、
粉末状のいずれであってもよいが、検出感度を高める目
的で長繊維（ワイヤー）とするのが好ましい。
【００１５】磁性体がワイヤーである場合、ワイヤーの
直径が10〜200 μｍ、特に100 〜150 μｍとするのが好
ましい。ワイヤーの直径が10μｍ未満では、ワイヤー状
に形成するのが困難となり、一方、200 μｍを超える
と、アモルファス化が困難となる。
直径が10〜200 μｍ、特に100 〜150 μｍとするのが好
ましい。ワイヤーの直径が10μｍ未満では、ワイヤー状
に形成するのが困難となり、一方、200 μｍを超える
と、アモルファス化が困難となる。
【００１６】上記の磁性体のＦＲＰ部材に対する配合比
は、体積比（以下V/f という) で0.5 〜50％、特に１〜
10％とすることが好ましい。V/f が0.5 ％未満では、透
磁率の変化を測定するのが困難となり、一方、V/f が50
％を超えると、ＦＲＰ部材を成形しにくくなり、ＦＲＰ
の比強度が大きいというメリットが失われる。
は、体積比（以下V/f という) で0.5 〜50％、特に１〜
10％とすることが好ましい。V/f が0.5 ％未満では、透
磁率の変化を測定するのが困難となり、一方、V/f が50
％を超えると、ＦＲＰ部材を成形しにくくなり、ＦＲＰ
の比強度が大きいというメリットが失われる。
【００１７】以下、応力−磁気特性を有する磁性体とし
てアモルファスワイヤーを例にとって本発明を説明す
る。
てアモルファスワイヤーを例にとって本発明を説明す
る。
【００１８】上記のアモルファスワイヤーの樹脂マトリ
ックスへの配合方法としては、強化繊維とは別個にアモ
ルファスワイヤーやそれから作製した織布(網状物) 等
をマトリックスに配合する方法を採ることができるが、
均等分散の点から、アモルファスワイヤーと強化繊維と
からなる混合繊維や混合織布等を形成した後で、マトリ
ックスに配合する方法が好ましい。なお、この混合織布
は、混合繊維から作製してもよいが、例えば、アモルフ
ァス合金繊維を縦糸に、強化繊維を横糸にして作製する
こともできる。
ックスへの配合方法としては、強化繊維とは別個にアモ
ルファスワイヤーやそれから作製した織布(網状物) 等
をマトリックスに配合する方法を採ることができるが、
均等分散の点から、アモルファスワイヤーと強化繊維と
からなる混合繊維や混合織布等を形成した後で、マトリ
ックスに配合する方法が好ましい。なお、この混合織布
は、混合繊維から作製してもよいが、例えば、アモルフ
ァス合金繊維を縦糸に、強化繊維を横糸にして作製する
こともできる。
【００１９】上記のアモルファスワイヤー (混合繊維や
織布に加工したものも含む) の配設場所としては、ＦＲ
Ｐ部材内に均一に配設してもよいが、後述する透磁率の
測定方法に応じて、感度を高めるために、ＦＲＰ部材内
の特定の箇所（例えば表層部）に集中するように配設し
てもよい。アモルファスワイヤーの各繊維軸の配向性に
ついては、主応力方向と平行とするのが好ましい。これ
は強度的に有利なためである。
織布に加工したものも含む) の配設場所としては、ＦＲ
Ｐ部材内に均一に配設してもよいが、後述する透磁率の
測定方法に応じて、感度を高めるために、ＦＲＰ部材内
の特定の箇所（例えば表層部）に集中するように配設し
てもよい。アモルファスワイヤーの各繊維軸の配向性に
ついては、主応力方向と平行とするのが好ましい。これ
は強度的に有利なためである。
【００２０】上記のアモルファスワイヤーを配合する樹
脂マトリックスとしては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエ
ステル、フェノール樹脂、ポリアミド、ポリエーテルエ
ーテルケトン等が挙げられるが、これらに限定されず、
従来ＦＲＰ部材のマトリックスとして使用されている熱
硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂を用いることができる。
脂マトリックスとしては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエ
ステル、フェノール樹脂、ポリアミド、ポリエーテルエ
ーテルケトン等が挙げられるが、これらに限定されず、
従来ＦＲＰ部材のマトリックスとして使用されている熱
硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂を用いることができる。
【００２１】また、強化繊維としては、ガラス繊維、芳
香族ポリアミド繊維等が挙げられるがこれらに限定され
ず、従来強化繊維として使用されているものを用いるこ
とができる。強化繊維のＦＲＰ部材に対する配合比は、
V/f で20〜70％、特に55〜65％とすることが好ましい。
香族ポリアミド繊維等が挙げられるがこれらに限定され
ず、従来強化繊維として使用されているものを用いるこ
とができる。強化繊維のＦＲＰ部材に対する配合比は、
V/f で20〜70％、特に55〜65％とすることが好ましい。
【００２２】ＦＲＰ部材を製造する際の成形法として
は、まず、強化繊維とアモルファスワイヤーとを所定の
割合で含有する混合繊維（ヤーン）を作製し、それを織
成した後で、エポキシ樹脂等の樹脂を含浸させ、次い
で、加熱硬化または放射線硬化させる方法を用いること
ができる。なお、アモルファスワイヤーをあらかじめ織
成しておかなくとも、樹脂の含浸の際に一緒にＦＲＰ部
材内に分散させるようにしてもよい。
は、まず、強化繊維とアモルファスワイヤーとを所定の
割合で含有する混合繊維（ヤーン）を作製し、それを織
成した後で、エポキシ樹脂等の樹脂を含浸させ、次い
で、加熱硬化または放射線硬化させる方法を用いること
ができる。なお、アモルファスワイヤーをあらかじめ織
成しておかなくとも、樹脂の含浸の際に一緒にＦＲＰ部
材内に分散させるようにしてもよい。
【００２３】上記のようにしてＦＲＰ部材内に配設され
たアモルファスワイヤーの透磁率の測定は、磁気センサ
ーを用いて行うことができる。
たアモルファスワイヤーの透磁率の測定は、磁気センサ
ーを用いて行うことができる。
【００２４】磁気センサーとしては、ＦＲＰ部材内に配
設されたアモルファスワイヤーの透磁率を測定でき、Ｆ
ＲＰの疲労の程度を検出できる程度の感度を有するもの
であれば、いずれの種類のものも使用できる。
設されたアモルファスワイヤーの透磁率を測定でき、Ｆ
ＲＰの疲労の程度を検出できる程度の感度を有するもの
であれば、いずれの種類のものも使用できる。
【００２５】磁気センサーとしては、例えば図１に示す
ように、センシングコイル２をＦＲＰ部材１の両表層に
接触させてあるいは非接触の状態で設置し、透磁率の測
定時に形成される磁界が閉路式となる磁気センサーを用
いることができる。
ように、センシングコイル２をＦＲＰ部材１の両表層に
接触させてあるいは非接触の状態で設置し、透磁率の測
定時に形成される磁界が閉路式となる磁気センサーを用
いることができる。
【００２６】図１において、カバー部材６a 、６b 内に
Ｕ字形の第１、第２フェライトコア３a 、３b がそれぞ
れ固定されている。第１フェライトコア３a に第１励磁
コイル４a 及び第１検出コイル５a が別々に巻装され、
また第２フェライトコア３bに第２励磁コイル４b 及び
第２検出コイル５b が別々に巻装される。第１、第２励
磁コイル４a 、４b は高周波電流用電源７に接続され、
また第１、第２検出コイル５a 、５b は検出器８に接続
される。第１、第２励磁コイル４a 、４b に高周波電流
用電源７から高周波電流を供給すると、点線Ａで示され
る磁力線がＦＲＰ部材を貫通して閉磁路を形成する。こ
れにより、誘起された起電力を第２検出コイル５a 、５
b で検出し、これを検出器８で相互インダクタンス（以
下インダクタンスという）として測定する。
Ｕ字形の第１、第２フェライトコア３a 、３b がそれぞ
れ固定されている。第１フェライトコア３a に第１励磁
コイル４a 及び第１検出コイル５a が別々に巻装され、
また第２フェライトコア３bに第２励磁コイル４b 及び
第２検出コイル５b が別々に巻装される。第１、第２励
磁コイル４a 、４b は高周波電流用電源７に接続され、
また第１、第２検出コイル５a 、５b は検出器８に接続
される。第１、第２励磁コイル４a 、４b に高周波電流
用電源７から高周波電流を供給すると、点線Ａで示され
る磁力線がＦＲＰ部材を貫通して閉磁路を形成する。こ
れにより、誘起された起電力を第２検出コイル５a 、５
b で検出し、これを検出器８で相互インダクタンス（以
下インダクタンスという）として測定する。
【００２７】前記インダクタンスはＦＲＰ部材内に配設
されたアモルファスワイヤーの圧縮応力の大小、したが
って透磁率の大小によって変化する。このため、インダ
クタンスを測定することにより、間接的にＦＲＰ部材内
に配設されたアモルファスワイヤーの圧縮応力を測定す
ることができる。
されたアモルファスワイヤーの圧縮応力の大小、したが
って透磁率の大小によって変化する。このため、インダ
クタンスを測定することにより、間接的にＦＲＰ部材内
に配設されたアモルファスワイヤーの圧縮応力を測定す
ることができる。
【００２８】検出感度の点では、後述するピックアップ
型センサーより図１に示すような閉路式のセンサーを用
いて測定するのが好ましい。
型センサーより図１に示すような閉路式のセンサーを用
いて測定するのが好ましい。
【００２９】別の磁性センサーとして、例えば図２に示
すような市販のピックアップ型センサーを用いることが
できる。このピックアップ型センサーは、平面状の励磁
コイル（図示せず）と平面状の検出コイル（図示せず）
とからなるセンシングコイル９とリード線10を有する。
すような市販のピックアップ型センサーを用いることが
できる。このピックアップ型センサーは、平面状の励磁
コイル（図示せず）と平面状の検出コイル（図示せず）
とからなるセンシングコイル９とリード線10を有する。
【００３０】このセンシングコイル９をＦＲＰ部材の表
層に接触させてあるいは非接触の状態で設置し、励磁コ
イルに高周波電流を供給すると、ＦＲＰ部材を通過する
図２の点線Ｂの磁力線に示すような磁界が形成され、上
記の閉路式の磁気センサーの場合と同様にインダクタン
スを検出する。
層に接触させてあるいは非接触の状態で設置し、励磁コ
イルに高周波電流を供給すると、ＦＲＰ部材を通過する
図２の点線Ｂの磁力線に示すような磁界が形成され、上
記の閉路式の磁気センサーの場合と同様にインダクタン
スを検出する。
【００３１】このピックアップ型センサーを用いると、
複雑な形状を有するＦＲＰ部材であっても容易に透磁率
の測定ができる。
複雑な形状を有するＦＲＰ部材であっても容易に透磁率
の測定ができる。
【００３２】さらに別の磁気センサーとしては、図３に
示すように、ＦＲＰ部材の全周に巻装したセンシングコ
イル11を有するセンサーを用いてもよい。この磁気セン
サーは、励磁コイル（図示せず）と検出コイル（図示せ
ず）とからなるセンシングコイル11とリード線12を有
し、センシングコイル11はＦＲＰ部材の全周に接触させ
ても非接触の状態にして設置してもよい。
示すように、ＦＲＰ部材の全周に巻装したセンシングコ
イル11を有するセンサーを用いてもよい。この磁気セン
サーは、励磁コイル（図示せず）と検出コイル（図示せ
ず）とからなるセンシングコイル11とリード線12を有
し、センシングコイル11はＦＲＰ部材の全周に接触させ
ても非接触の状態にして設置してもよい。
【００３３】励磁コイルに高周波電流を供給すると、Ｆ
ＲＰ部材を通過する図３の点線Ｃの磁力線に示すような
磁界が形成され、上記の２種の磁気センサーの場合と同
様にインダクタンスを検出する。
ＲＰ部材を通過する図３の点線Ｃの磁力線に示すような
磁界が形成され、上記の２種の磁気センサーの場合と同
様にインダクタンスを検出する。
【００３４】このようにしてＦＲＰ部材内に配設された
アモルファスワイヤーの透磁率を測定すると、ＦＲＰ部
材が疲労するにつれ、圧縮応力が徐々に解放され、透磁
率の変化が生じる。これは、例えば図６に示すようなア
モルファスワイヤーのインダクタンスの変化として検出
できる。ここで、図６はＦＲＰ部材に強制的に引張応力
を繰り返し印加した場合の、インダクタンスの変化の一
例を示すグラフである。強化繊維の種類、ワイヤーの配
設方向、場所によっては引張応力として残留し、それが
徐々に開放される場合もある。
アモルファスワイヤーの透磁率を測定すると、ＦＲＰ部
材が疲労するにつれ、圧縮応力が徐々に解放され、透磁
率の変化が生じる。これは、例えば図６に示すようなア
モルファスワイヤーのインダクタンスの変化として検出
できる。ここで、図６はＦＲＰ部材に強制的に引張応力
を繰り返し印加した場合の、インダクタンスの変化の一
例を示すグラフである。強化繊維の種類、ワイヤーの配
設方向、場所によっては引張応力として残留し、それが
徐々に開放される場合もある。
【００３５】例えば、図６のＥ点でＦＲＰ部材の破断が
起こったとすると、疲労が軽度の初期段階では、インダ
クタンスの変化が緩やかであるが、破断の直前付近で急
激に変化する。したがって、初期の透磁率に対して例え
ば10％変化したレベルを疲労の判定基準に定めて、ＦＲ
Ｐ部材の疲労限界を事前に知ることができる。
起こったとすると、疲労が軽度の初期段階では、インダ
クタンスの変化が緩やかであるが、破断の直前付近で急
激に変化する。したがって、初期の透磁率に対して例え
ば10％変化したレベルを疲労の判定基準に定めて、ＦＲ
Ｐ部材の疲労限界を事前に知ることができる。
【００３６】
【実施例】以下、本発明を具体的実施例に基づき詳細に
説明する。実施例１ ガラス繊維（直径８μｍ）とFe66.5原子％、Si8.5 原子
％、Ｂ12原子％、Co11原子％、Cr２原子％の組成のFe基
アモルファス合金のワイヤー（直径30μｍ）とから、体
積比 (ガラス繊維／アモルファスワイヤー）が14／１と
なるように混合繊維を作製し、得られた混合繊維から混
合織布 (サイズ25mm×250mm) を作製した。
説明する。実施例１ ガラス繊維（直径８μｍ）とFe66.5原子％、Si8.5 原子
％、Ｂ12原子％、Co11原子％、Cr２原子％の組成のFe基
アモルファス合金のワイヤー（直径30μｍ）とから、体
積比 (ガラス繊維／アモルファスワイヤー）が14／１と
なるように混合繊維を作製し、得られた混合繊維から混
合織布 (サイズ25mm×250mm) を作製した。
【００３７】得られた混合織布に、エポキシ樹脂を含浸
させた。得られたプリプレグ織布を複数枚重ねて金型に
入れ、金型内でプリプレグ織布とエポキシ樹脂との体積
比が６：４となるように整えて成形し、120 ℃、２時間
加熱して硬化し、ＦＲＰ試験片 (25mm× 250mm× 3mm)
を得た。
させた。得られたプリプレグ織布を複数枚重ねて金型に
入れ、金型内でプリプレグ織布とエポキシ樹脂との体積
比が６：４となるように整えて成形し、120 ℃、２時間
加熱して硬化し、ＦＲＰ試験片 (25mm× 250mm× 3mm)
を得た。
【００３８】なお、上記の混合織布はＦＲＰ試験片内の
表層付近に配設され、また各混合繊維の繊維軸の配向は
主応力方向とした。このＦＲＰ試験片において、ガラス
長繊維の体積率 (V/f)が56％、アモルファス長繊維のV/
f が４％、エポキシ樹脂のV/f が40％となるようにし
た。
表層付近に配設され、また各混合繊維の繊維軸の配向は
主応力方向とした。このＦＲＰ試験片において、ガラス
長繊維の体積率 (V/f)が56％、アモルファス長繊維のV/
f が４％、エポキシ樹脂のV/f が40％となるようにし
た。
【００３９】図４に示すように、得られた試験片13を引
張試験機14（サム電子機械（株）製、５ton 油圧疲労試
験機）にセットし、センシングコイル15を試験片13の全
周に隙間なく配置した。図４のＤ及びＤ’に示すように
試験片13に対して垂直方向に、図５に示すような正弦波
状（周波数：20Hz）に変化する振幅一定の引張応力（２
kg/mm 2 〜20kg/mm 2 ）を繰り返し印加し、ＦＲＰ試験
片13を疲労させた。そして、センシングコイル15と検出
器16を有する磁気センサーにより、下記の測定条件でイ
ンダクタンスを測定した。測定は応力サイクル繰り返し
数10N （Ｎ＝１，２，３・・・）回毎に行った。測定の
結果を図６に示す。なお、この試験片は、応力サイクル
繰り返し数107 回で破断した。
張試験機14（サム電子機械（株）製、５ton 油圧疲労試
験機）にセットし、センシングコイル15を試験片13の全
周に隙間なく配置した。図４のＤ及びＤ’に示すように
試験片13に対して垂直方向に、図５に示すような正弦波
状（周波数：20Hz）に変化する振幅一定の引張応力（２
kg/mm 2 〜20kg/mm 2 ）を繰り返し印加し、ＦＲＰ試験
片13を疲労させた。そして、センシングコイル15と検出
器16を有する磁気センサーにより、下記の測定条件でイ
ンダクタンスを測定した。測定は応力サイクル繰り返し
数10N （Ｎ＝１，２，３・・・）回毎に行った。測定の
結果を図６に示す。なお、この試験片は、応力サイクル
繰り返し数107 回で破断した。
【００４０】測定条件 センシングコイル15：全周型200 巻 基本インダクタンス：10Ｈ（ヘンリー）
【００４１】図６から明らかなように、インダクタンス
は応力サイクル繰り返し数が増えるにつれ徐々に増加す
るが、破断の直前付近で急激に増加することがわかる。
は応力サイクル繰り返し数が増えるにつれ徐々に増加す
るが、破断の直前付近で急激に増加することがわかる。
【００４２】
【発明の効果】上記の通り、本発明の方法によれば、Ｆ
ＲＰ部材内に配設された磁性体の透磁率の変化を磁気セ
ンサー等で検出することにより、容易にＦＲＰ部材の疲
労破壊を事前に知ることができる。また、本発明の方法
によれば、ＦＲＰ部材に無侵襲であるので、検出を繰り
返してもＦＲＰ部材の品質を損なうことがない。さら
に、透磁率の測定はＦＲＰ部材に非接触で行うこともで
きるので、本発明の方法は複雑な形状のＦＲＰ部材に適
用することもできる。
ＲＰ部材内に配設された磁性体の透磁率の変化を磁気セ
ンサー等で検出することにより、容易にＦＲＰ部材の疲
労破壊を事前に知ることができる。また、本発明の方法
によれば、ＦＲＰ部材に無侵襲であるので、検出を繰り
返してもＦＲＰ部材の品質を損なうことがない。さら
に、透磁率の測定はＦＲＰ部材に非接触で行うこともで
きるので、本発明の方法は複雑な形状のＦＲＰ部材に適
用することもできる。
【図１】透磁率の測定方法を示す概略図である。
【図２】別の透磁率の測定方法を示す概略図である。
【図３】さらに別の透磁率の測定方法を示す概略図であ
る。
る。
【図４】実施例１において、試験片に引張応力を印加
し、透磁率を測定する方法を示す概略図である。
し、透磁率を測定する方法を示す概略図である。
【図５】実施例１において、試験片に印加した引張応力
条件（大きさ及び時間）を示すグラフである。
条件（大きさ及び時間）を示すグラフである。
【図６】実施例１における、応力サイクル繰り返し数と
インダクタンスとの関係を示すグラフである。
インダクタンスとの関係を示すグラフである。
１・・・ＦＲＰ部材 ２、９、11、15・・・センシングコイル Ａ、Ｂ、Ｃ・・・磁力線 ３a 、３b ・・・フェライトコア ４a 、４b ・・・励磁コイル ５a 、５b ・・・検出コイル ６a 、６b ・・・カバー部材 ７・・・高周波電流用電源 ８、16・・・検出計 10、12・・・リード線 13・・・ＦＲＰ試験片 14・・・引張試験機
Claims (4)
- 【請求項１】 強化繊維と樹脂マトリックスとからな
り、応力−磁気特性を有する磁性体を配合した後で硬化
した繊維強化プラスチック（以下ＦＲＰという）部材で
あって、前記磁性体の透磁率の変化を測定することによ
り、疲労破壊を事前に検出することができるＦＲＰ部
材。 - 【請求項２】 前記請求項１に記載のＦＲＰ部材におい
て、前記磁性体がアモルファスワイヤーであることを特
徴とするＦＲＰ部材。 - 【請求項３】 強化繊維と樹脂マトリックスと応力−磁
気特性を有する磁性体とからなるＦＲＰを硬化させてＦ
ＲＰ部材を製造し、前記ＦＲＰ部材内に配設された前記
磁性体の透磁率の変化を測定することにより、疲労破壊
を事前に検出することを特徴とするＦＲＰ部材の疲労破
壊検出方法。 - 【請求項４】 前記請求項３に記載のＦＲＰ部材の疲労
破壊検出方法において、前記磁性体がアモルファスワイ
ヤーであることを特徴とするＦＲＰ部材の疲労破壊検出
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33571691A JP3197925B2 (ja) | 1991-11-25 | 1991-11-25 | Ｆｒｐ部材の疲労破壊事前検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33571691A JP3197925B2 (ja) | 1991-11-25 | 1991-11-25 | Ｆｒｐ部材の疲労破壊事前検出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05142130A true JPH05142130A (ja) | 1993-06-08 |
| JP3197925B2 JP3197925B2 (ja) | 2001-08-13 |
Family
ID=18291680
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33571691A Expired - Fee Related JP3197925B2 (ja) | 1991-11-25 | 1991-11-25 | Ｆｒｐ部材の疲労破壊事前検出方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3197925B2 (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06155583A (ja) * | 1992-11-24 | 1994-06-03 | Honda Motor Co Ltd | 繊維強化プラスチック部材の接着方法及び接着不良検知方法 |
| EP0666470A2 (en) * | 1994-01-26 | 1995-08-09 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Stress measurement of magnetic materials, and FRP and adhesive members with such material for defect detection |
| JPH07209099A (ja) * | 1994-01-26 | 1995-08-11 | Honda Motor Co Ltd | 磁性体の応力測定方法 |
| US5453291A (en) * | 1993-05-25 | 1995-09-26 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | FRP member and method of detecting internal damage therein |
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| JPH0886697A (ja) * | 1994-09-19 | 1996-04-02 | Honda Motor Co Ltd | 平面構造材の面応力検出方法 |
| JPH10170355A (ja) * | 1996-12-06 | 1998-06-26 | Kagaku Gijutsu Shinko Jigyodan | 高感度応力検出装置 |
| JP2002257788A (ja) * | 2001-02-27 | 2002-09-11 | Takenaka Komuten Co Ltd | 鋼材の劣化診断方法 |
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| CN114354413A (zh) * | 2021-12-16 | 2022-04-15 | 惠州市金山电子有限公司 | 一种锦丝线寿命测试仪与测试系统及测试方法 |
| US11815425B2 (en) | 2019-04-12 | 2023-11-14 | Ihi Corporation | Jig for vibration test of rotor blade |
| CN117128848A (zh) * | 2023-10-26 | 2023-11-28 | 中国科学技术大学 | 基于裂纹间隙磁阻调制的双向弯曲传感器 |
| CN117268961A (zh) * | 2023-11-23 | 2023-12-22 | 宁波市特种设备检验研究院 | 一种金属零部件的疲劳失效预警方法 |
-
1991
- 1991-11-25 JP JP33571691A patent/JP3197925B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP4634628B2 (ja) * | 2001-02-27 | 2011-02-16 | 株式会社竹中工務店 | 鋼材の劣化診断方法 |
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| CN117128848B (zh) * | 2023-10-26 | 2024-03-29 | 中国科学技术大学 | 基于裂纹间隙磁阻调制的双向弯曲传感器 |
| CN117268961A (zh) * | 2023-11-23 | 2023-12-22 | 宁波市特种设备检验研究院 | 一种金属零部件的疲劳失效预警方法 |
| CN117268961B (zh) * | 2023-11-23 | 2024-02-20 | 宁波市特种设备检验研究院 | 一种金属零部件的疲劳失效预警方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3197925B2 (ja) | 2001-08-13 |
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