JP3197925B2 - Prior Fatigue Failure Detection Method for FRP Members - Google Patents
Prior Fatigue Failure Detection Method for FRP MembersInfo
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Description
【0001】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fiber reinforced plastic (FRP) member capable of detecting fatigue fracture of a fiber reinforced plastic (FRP) member in advance and a method for detecting the same.
【0002】[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。2. Description of the Related Art FRP
Is widely used in various fields because it is lightweight, has high strength, and can be easily formed into various shapes. However, if the FRP product is used for a long time,
Fatigue of the RP causes micro-cracks in the FRP, separation of the matrix and the reinforcing fiber, and the like, which eventually leads to fatigue failure.
【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。[0003] Therefore, in order to know the durable limit of FRP,
FRP that can detect fatigue fracture of FRP in advance
Various studies have been made on a method for detecting fatigue fracture of a member.
【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。[0004] For example, a light transmission method, an X-ray method, an ultrasonic method, an acoustic emission method (AE method), etc.
Methods for determining the degree of fatigue degradation of RP are being developed. However, the methods based on the light transmission method, the X-ray method, and the ultrasonic method are limited to relatively large defects of the FRP. On the other hand, according to the AE method, relatively small defects can be found, but a complicated operation such as applying a load to the FRP product at the time of measurement is required, and there is a problem in accuracy.
【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。As another method, Japanese Unexamined Patent Publication No. Sho 60-114741 discloses a method in which a carbon long fiber is disposed integrally with an FRP member, an electric current is applied to the long fiber, and the presence or absence of a disconnection is inspected. This discloses a method of detecting fatigue failure of the FRP member in advance. However, this method requires a complicated operation such as manufacturing the FRP member and the long fiber separately for inspection and bonding the long fiber to the surface of the FRP member. Further, since it is necessary to bond long linear fibers, this method cannot be applied to an FRP member having a complicated shape. In addition, by applying electricity during inspection, F
There is also a possibility that the characteristics of the RP may be deteriorated.
【0006】そこで、上記問題点を解決し、簡便に、FR
Pの疲労破壊を事前に検知することのできる、FRP部材の
疲労破壊検出方法が望まれていた。[0006] Therefore, the above problems have been solved, and FR
To enable you to detect fatigue failure of P in advance, fatigue failure detection method of the FRP member has been desired.
【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
検出が可能な検出方法を提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to detect in advance the fatigue fracture of FRP easily and non-invasively for FRP members, and to be applied to FRP members having complicated shapes. It is an object of the present invention to provide a detection method capable of detecting fatigue fracture of an FRP member in advance.
【0008】[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。In view of the above objects, as a result of intensive studies, the present inventors have found that if a magnetic material having stress-magnetic properties is blended to produce an FRP member, the FRP member can be disposed within the FRP member. The present inventors have found that by detecting a change in the magnetic permeability of the magnetic material, the fatigue fracture of the FRP member can be detected in advance, and the present invention has been completed.
【0009】[0009]
【0010】すなわち、本発明のFRP部材の疲労破壊事
前検出方法は、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、上記
強化繊維に圧縮応力が印加されるようにFRP部材を製造
し、上記FRP部材内に配設された上記磁性体の透磁率の
変化を測定することにより、上記強化繊維に掛かってい
る圧縮応力の解放の程度を検出し、疲労破壊を事前に検
出することを特徴とする。[0010] In other words, the fatigue fracture thing of the FRP member of the present invention
The pre- detection method hardens the FRP composed of the reinforcing fiber, the resin matrix, and the magnetic material having the stress-magnetic property ,
The FRP member is manufactured such that a compressive stress is applied to the reinforcing fiber, and the change in the magnetic permeability of the magnetic material disposed in the FRP member is measured, whereby the reinforcing fiber is hung on the reinforcing fiber.
The method is characterized in that the degree of release of the compressive stress is detected and the fatigue fracture is detected in advance.
【0011】以下、本発明を詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be described in detail.
【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。In general, a compressive stress of about several kg / mm 2 is applied to the reinforcing fibers from the periphery thereof by the hardening of the matrix resin composed of the reinforcing fibers and the resin matrix. When the FRP becomes fatigued, microcracks are generated and propagated in the matrix, and peeling between the reinforcing fibers and the matrix occurs. Therefore, the compressive stress applied to the reinforcing fibers is gradually released. As such fatigue progresses, the FRP member eventually breaks down.
【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。Therefore, in order to detect the fatigue fracture of the FRP member in advance, it is sufficient to detect the degree of release of the compressive stress applied to the reinforcing fibers. To do this,
A magnetic material having a property (hereinafter referred to as stress-magnetic property) in which the magnetic (permeability) property greatly changes due to stress is compounded before curing, and the change in the magnetic permeability is detected, and the magnetic permeability becomes a certain level. , It is possible to know that there is a great risk of fatigue failure.
【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。[0013] In the present invention, the stress-
Examples of the type of the magnetic material having magnetic characteristics include an Fe-based amorphous alloy and an Fe-rare earth-based giant magnetostrictive material. In particular, as the Fe-based amorphous alloy, an Fe-Si-B-based amorphous alloy is preferable, and particularly preferably, Fe 65
~ 67 atomic%, Si 8 ~ 9 atomic%, B11 ~ 13 atomic%, Co10 ~
It is an amorphous alloy having a composition of 12 atomic% and Cr 1 to 3 atomic%. When the content of each chemical component is set as described above, the stress-magnetic characteristics of the amorphous alloy can be further improved, and the corrosion resistance can be improved. This improvement in corrosion resistance is also effective in extending the life of an amorphous alloy because FRP has considerable hygroscopicity.
【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。The shape of the magnetic material having the above-mentioned stress-magnetic characteristics includes long fibers, short fibers, ribbons, flakes, and the like.
It may be in any form of powder, but it is preferable to use a long fiber (wire) for the purpose of increasing the detection sensitivity.
【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。When the magnetic material is a wire, the diameter of the wire is preferably 10 to 200 μm, particularly preferably 100 to 150 μm. When the diameter of the wire is less than 10 μm, it is difficult to form the wire, whereas when the diameter exceeds 200 μm, it becomes difficult to make the wire amorphous.
【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。The mixing ratio of the above magnetic substance to the FRP member is 0.5 to 50% by volume (hereinafter referred to as V / f), particularly 1 to 50%.
It is preferably set to 10%. If V / f is less than 0.5%, it is difficult to measure the change in permeability, while V / f is 50%.
%, It becomes difficult to form the FRP member,
The advantage of high specific strength is lost.
【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。Hereinafter, the present invention will be described by taking an amorphous wire as an example of a magnetic material having stress-magnetic characteristics.
【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。As a method of blending the amorphous wire with the resin matrix, a method of blending the amorphous wire or a woven fabric (net-like material) made therefrom with the matrix separately from the reinforcing fibers can be adopted.
From the viewpoint of uniform dispersion, a method of forming a mixed fiber or a mixed woven fabric made of an amorphous wire and a reinforcing fiber and then blending the mixed fiber with a matrix is preferable. In addition, this mixed woven fabric may be made of mixed fibers. For example, it may be made of amorphous alloy fibers as warp yarns and reinforcing fibers as weft yarns.
【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。The location of the above-mentioned amorphous wire (including one processed into a mixed fiber or woven fabric) is FR
Although it may be uniformly disposed in the P member, it is disposed so as to be concentrated at a specific location (for example, a surface layer) in the FRP member in order to increase sensitivity according to a method for measuring magnetic permeability described later. May be. The orientation of each fiber axis of the amorphous wire is preferably parallel to the main stress direction. This is because strength is advantageous.
【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。Examples of the resin matrix in which the above amorphous wire is blended include epoxy resin, unsaturated polyester, phenol resin, polyamide, polyetheretherketone, etc., but are not limited thereto.
A thermosetting resin and a thermoplastic resin conventionally used as a matrix of the FRP member can be used.
【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。The reinforcing fibers include, but are not limited to, glass fibers and aromatic polyamide fibers, and those conventionally used as reinforcing fibers can be used. The compounding ratio of the reinforcing fiber to the FRP member is
V / f is preferably 20 to 70%, particularly preferably 55 to 65%.
【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。As a molding method for manufacturing the FRP member, first, a mixed fiber (yarn) containing a reinforcing fiber and an amorphous wire at a predetermined ratio is produced, woven, and then woven with an epoxy resin or the like. A method of impregnating with a resin and then heat-curing or radiation-curing can be used. The amorphous wires may not be woven in advance, but may be dispersed together in the FRP member during the impregnation of the resin.
【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。The measurement of the magnetic permeability of the amorphous wire disposed in the FRP member as described above can be performed using a magnetic sensor.
【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。As a magnetic sensor, the magnetic permeability of an amorphous wire disposed in an FRP member can be measured.
Any type of RP can be used as long as it has a sensitivity enough to detect the degree of fatigue of the RP.
【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。As a magnetic sensor, for example, as shown in FIG. 1, a sensing coil 2 is installed in contact with both surface layers of the FRP member 1 or in a non-contact state, and a magnetic field formed at the time of measuring the magnetic permeability is closed. A magnetic sensor of the form:
【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。In FIG. 1, U-shaped first and second ferrite cores 3a and 3b are fixed in cover members 6a and 6b, respectively. The first excitation coil 4a and the first detection coil 5a are separately wound around the first ferrite core 3a,
The second exciting coil 4b and the second detecting coil 5b are separately wound around the second ferrite core 3b. The first and second excitation coils 4a and 4b are connected to a high-frequency current power supply 7,
The first and second detection coils 5a and 5b are connected to a detector 8. When a high-frequency current is supplied from the high-frequency current power supply 7 to the first and second excitation coils 4a and 4b, magnetic lines of force indicated by dotted lines A penetrate the FRP member to form a closed magnetic path. As a result, the induced electromotive force is transmitted to the second detection coils 5a and 5a.
b, and this is measured by the detector 8 as mutual inductance (hereinafter referred to as inductance).
【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。The inductance varies depending on the magnitude of the compressive stress of the amorphous wire disposed in the FRP member, and hence the magnitude of the magnetic permeability. Therefore, by measuring the inductance, the compressive stress of the amorphous wire disposed in the FRP member can be indirectly measured.
【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。In terms of detection sensitivity, it is preferable to perform measurement using a closed-type sensor as shown in FIG. 1 rather than a pickup-type sensor described later.
【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。As another magnetic sensor, for example, a commercially available pickup type sensor as shown in FIG. 2 can be used. This pickup type sensor has a planar excitation coil (not shown) and a planar detection coil (not shown).
And a lead wire 10.
【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。When the sensing coil 9 is placed in contact with the surface layer of the FRP member or in a non-contact state, and a high-frequency current is supplied to the exciting coil, the sensing coil 9 passes through the FRP member as shown by the dotted line B in FIG. A magnetic field is formed, and the inductance is detected as in the case of the closed-type magnetic sensor described above.
【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。Using this pickup type sensor,
Magnetic permeability can be easily measured even for an FRP member having a complicated shape.
【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。As another magnetic sensor, as shown in FIG. 3, a sensor having a sensing coil 11 wound around the entire circumference of the FRP member may be used. This magnetic sensor has a sensing coil 11 composed of an excitation coil (not shown) and a detection coil (not shown) and a lead wire 12. Even if the sensing coil 11 is brought into contact with the entire circumference of the FRP member, it does not come into contact. May be installed.
【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。When a high-frequency current is supplied to the exciting coil, F
A magnetic field is formed as shown by a magnetic field line indicated by a dotted line C in FIG. 3 that passes through the RP member, and the inductance is detected as in the case of the above two types of magnetic sensors.
【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。When the magnetic permeability of the amorphous wire disposed in the FRP member is measured as described above, as the FRP member becomes fatigued, the compressive stress is gradually released, and the magnetic permeability changes. This can be detected, for example, as a change in the inductance of the amorphous wire as shown in FIG. Here, FIG. 6 is a graph showing an example of a change in inductance when a tensile stress is repeatedly applied to the FRP member. Depending on the type of reinforcing fiber, the direction in which the wires are arranged, and the location, the residual stress may remain as a tensile stress, which may be gradually released.
【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。For example, if the FRP member breaks at the point E in FIG. 6, the inductance changes slowly in the initial stage of mild fatigue, but changes abruptly immediately before the breakage. Therefore, a level changed by, for example, 10% from the initial magnetic permeability is determined as a criterion for fatigue, and FR is determined.
The fatigue limit of the P member can be known in advance.
【0036】[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。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail based on specific embodiments. Example 1 From a glass fiber (diameter 8 μm) and a wire (diameter 30 μm) of an Fe-based amorphous alloy having a composition of 66.5 atomic% of Fe, 8.5 atomic% of Si, 12 atomic% of B, 11 atomic% of Co, and 2 atomic% of Cr, Mixed fibers were prepared so that the ratio (glass fiber / amorphous wire) became 14/1, and a mixed woven fabric (size 25 mm × 250 mm) was prepared from the obtained mixed fibers.
【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。The obtained mixed woven fabric was impregnated with an epoxy resin. A plurality of the obtained prepreg woven fabrics are stacked and put in a mold. The prepreg woven fabric and the epoxy resin are arranged in the mold so as to have a volume ratio of 6: 4, and are molded and heated at 120 ° C. for 2 hours. And cured, FRP specimen (25mm × 250mm × 3mm)
I got
【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。The above-mentioned mixed woven fabric was disposed near the surface layer in the FRP test piece, and the orientation of the fiber axis of each mixed fiber was the main stress direction. In this FRP test piece, the volume fraction (V / f) of the glass filament was 56%, and the V /
The f was 4% and the V / f of the epoxy resin was 40%.
【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。As shown in FIG. 4, the obtained test piece 13 is set on a tensile tester 14 (5 ton hydraulic fatigue tester, manufactured by Sam Electronics Co., Ltd.), and the sensing coil 15 is set around the entire circumference of the test piece 13. Without gaps. As shown by D and D 'in FIG. 4, in the direction perpendicular to the test piece 13, a constant amplitude tensile stress (2) which changes in a sinusoidal shape (frequency: 20 Hz) as shown in FIG.
kg / mm 2 ~20kg / mm 2 ) was repeatedly applied and allowed to fatigue the FRP specimen 13. Then, the inductance was measured by the magnetic sensor having the sensing coil 15 and the detector 16 under the following measurement conditions. The measurement was performed every 10 N (N = 1, 2, 3,...) Times of stress cycle repetition. FIG. 6 shows the measurement results. Incidentally, the test piece was broken at a stress cycle repeated several 10 7 times.
【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:10mH(ミリヘンリー) Measurement conditions Sensing coil 15: 200 turns around the circumference Basic inductance: 10 mH (millihenry)
【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。As can be seen from FIG. 6, the inductance gradually increases as the number of stress cycle repetitions increases, but increases rapidly immediately before the breakage.
【0042】[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。As described above, according to the method of the present invention, F
By detecting a change in the magnetic permeability of the magnetic material disposed in the RP member with a magnetic sensor or the like, the fatigue failure of the FRP member can be easily known in advance. Further, according to the method of the present invention, since the FRP member is non-invasive, the quality of the FRP member does not deteriorate even if the detection is repeated. Further, since the measurement of the magnetic permeability can be performed without contacting the FRP member, the method of the present invention can be applied to an FRP member having a complicated shape.
【図1】透磁率の測定方法を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a method for measuring magnetic permeability.
【図2】別の透磁率の測定方法を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic view showing another method of measuring magnetic permeability.
【図3】さらに別の透磁率の測定方法を示す概略図であ
る。FIG. 3 is a schematic view showing still another method of measuring magnetic permeability.
【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。FIG. 4 is a schematic view showing a method for measuring a magnetic permeability by applying a tensile stress to a test piece in Example 1.
【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。FIG. 5 is a graph showing tensile stress conditions (magnitude and time) applied to a test piece in Example 1.
【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。FIG. 6 is a graph showing the relationship between the number of stress cycle repetitions and the inductance in Example 1.
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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... FRP member 2, 9, 11, 15 ... Sensing coil A, B, C ... Magnetic field line 3a, 3b ... Ferrite core 4a, 4b ... Exciting coil 5a, 5b ... Detection Coil 6a, 6b Cover member 7 High-frequency current power supply 8, 16 Detector 10, 12 Lead wire 13 FRP test piece 14 Tensile tester
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 3/00 - 3/62 G01N 17/00 G01N 27/72 JICSTファイル(JOIS)────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01N 3/00-3/62 G01N 17/00 G01N 27/72 JICST file (JOIS)
Claims (4)
気特性を有する磁性体とからなる繊維強化プラスチック
(以下FRPという)を硬化させ、前記強化繊維に圧縮応
力が印加されるように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、前記強化繊維に掛かっている圧縮応力の解放の
程度を検出し、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。1. A fiber-reinforced plastic comprising a reinforcing fiber, a resin matrix, and a magnetic material having stress-magnetic characteristics.
(Hereinafter referred to as FRP) , and compresses the reinforcing fibers.
The FRP member is manufactured so that a force is applied, and by measuring the change in the magnetic permeability of the magnetic body disposed in the FRP member, the release of the compressive stress applied to the reinforcing fiber is measured .
A method for detecting fatigue fracture of an FRP member, wherein the degree is detected in advance and fatigue fracture is detected in advance.
出方法において、前記磁性体の透磁率の変化を応力を加
えずに測定することを特徴とするFRP部材の疲労破壊検
出方法。 2. Fatigue fracture inspection of an FRP member according to claim 1.
The change of the magnetic permeability of the magnetic body by applying a stress.
Fatigue fracture detection of FRP members characterized by constant measurement
How to get out.
破壊検出方法において、前記磁性体の透磁率の急激な変
化が実質的に始まる点を前記FRP部材の疲労限界と定め
ることを特徴とするFRP部材の疲労破壊検出方法。 3. The fatigue of the FRP member according to claim 1 or 2.
In the fracture detection method, a sharp change in the magnetic permeability of the magnetic material is performed.
Is defined as the fatigue limit of the FRP member.
A method for detecting fatigue fracture of an FRP member.
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。4. The method for detecting fatigue fracture of an FRP member according to claim 1, wherein the magnetic material is an amorphous wire.
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