JP3704559B2 - Repair and reinforcement status detection method - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性構造体の補修・補強構造、補修・補強方法及び補修・補強状況検知方法に関し、詳しくは、航空機をはじめ、車両、鉄橋等、荷重を付加される金属等からなる導電性構造体の亀裂、力学的弱点部位を補修・補強するための補修・補強構造、補修・補強方法及び補修・補強状況検知方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、繊維強化高分子複合材料をパッチとして貼り付けることにより金属構造体を補修・補強する方法が提案され研究が進められている（東北大学工学研究科 関根他：航空宇宙学会論文集 第４９巻 第５６５号（２００１年２月）ｐｐ．５５−６１）。しかしこれは補修・補強を行うのみで、補修・補強した後にパッチの下での金属構造体の損傷発生・進展状態を検出するには別途手段を講じなければならない。
【０００３】
また、材料表面に貼られた導電性パッチの電気的特性から損傷を検知しようとする試み（（財）ファインセラミックスセンター 奥原他：第３回「知的材料・構造システム」シンポジウム講演集（２００２年１月）ｐｐ．３３−３６）、あるいは導電性構造体を電磁波伝送線路として利用することにより樹脂の成形状況や接着層の健全性評価を行う技術（卜部他：第３回「知的材料・構造システム」シンポジウム講演集（２００２年１月）ｐｐ．７９−８２、英国Ｓｔｒａｔｈｃｌｙｄｅ大学 Ｂａｎｋｓ ｅｔ ａｌ．：Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｄ Ｖｏｌ．２９（１９９６）ｐｐ．２３３−２３９）も研究されている。さらに、炭素繊維の導電性変化を炭素繊維強化高分子複合材料の損傷検出に利用することに関しては東京工業大学工学部（轟助教授他）、あるいは東京大学（武田教授他）等で研究開発が進められている。しかし、補強・補修用パッチの電磁波伝送特性からその下の金属の損傷発生・進展状態を検出する技術は、現在のところ存在しない。
【０００４】
世界中で運用されている航空機のうちで、設計段階で想定された使用寿命を迎えつつあるものの割合が急激に増加しているが、これらを全て新型機に更新することは莫大な経済負担を要することになり適切ではない。そこで経年航空機を当初想定された使用寿命を越えて安全に運用可能とする技術を確立することが緊急の課題となっている。そのためには、長年の運用により機体に発生した疲労き裂の補修が必要不可欠となる。
【０００５】
疲労き裂部の補修方法として、繊維強化高分子複合材料のもつ優れた軽量性と力学特性を見込んで、疲労き裂部に複合材料パッチを接着して補修する方法が提案され、経年航空機への使用が検討されている。
【０００６】
一方、補修後のき裂はパッチで覆われるためその状態を目視で検知することはできないので、補修後の安全性を保障するには何らかの方法で補修後のき裂の状態をモニタリングすることが必要である。また、複合材料パッチは、疲労き裂の補修のみならず、ボルト孔等の力学的弱点部の補強にも使用されることが予想されるが、そこにおいても構造体の安全性保証のためにはパッチ下の金属のき裂検出の手段が必要である。
【０００７】
損傷を検知するための既存の方法としては、超音波を利用する方法、渦電流による方法、電気抵抗を利用する方法、光ファイバによる方法等色々あるが、いずれも検知のために損傷部近傍にプローブをあてる必要があったり、検知専用パッチの変形・破壊情報から間接的に構造体の損傷状況が検知されるのみであったり、あるいは位置情報が不明確あるといった問題があり、検知方法として十分とはいえない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、導電性構造体のき裂や力学的弱点部の補修・補強効果を得るのみでなく、補修・補強されたき裂、力学的弱点部の進展状況、あるいは力学的弱点部からの新たなき裂発生等を、その位置に関する情報を含めて非破壊で検知することができる導電性構造体の補修・補強構造、補修・補強方法及び補修・補強状況検知方法を提供することをその課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記課題は下記の技術的手段により解決される。
（１）導電性構造体の補修・補強状況検知方法において、非導電性補修・補強層中に、互いに絶縁された状態で平行に配置された複数の導電性繊維束あるいは導電性線材を含む導電性補修・補強層が設けられた補修・補強材を、導電性構造体の補修・補強すべき部位に取り付け、マイクロストリップ線路を構成する導電性構造体と該導電性繊維束あるいは導電性線材との間に高周波電気信号を印加し、前記マイクロストリップ線路の特性インピーダンスＺを計測し、前記特性インピーダンスＺに基づき前記マイクロストリップ線路に沿った前記導電性構造体の損傷の存在と前記損傷の位置を表す反射率の変化を求めることを特徴とする。
（２）上記（１）記載の導電性構造体の補修・補強状況検知方法において、前記特性インピーダンスＺは、前記導電性構造体の損傷の程度を表すように、前記導電性構造体が設けられているグランドと前記導電性繊維束あるいは導電性線材との間隔を関数とすることを特徴とする。
（３）上記（１）記載の導電性構造体の補修・補強状況検知方法において、前記特性インピーダンスＺは、前記導電性構造体の損傷の程度を表すように、前記導電性構造体が設けられているグランドと前記導電性繊維束あるいは導電性線材との間の誘電体の比誘電率を関数とすることを特徴とする。
（４）上記（１）記載の導電性構造体の補修・補強状況検知方法において、前記反射率を、信号入力時からの経過時間に対する前記マイクロストリップ線路の応答電圧の変化として検出することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。図１は本発明の概念を説明する見取り図、図２は平面図、図３は図２のＡ−Ａ’線及びＢ−Ｂ’線断面図である。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、金属材料表面に発生したき裂、あるいはき裂が発生しやすい円孔部周辺等の力学的弱点部に、ガラス繊維クロスと高分子樹脂との複合体等の絶縁性の補修・補強材（パッチ）を貼着等により取り付けて、き裂あるいは力学的弱点部を補修あるいは補強する際に、その最上層又は中間層に、互いに絶縁された状態で平行に配置された炭素繊維束等の導電性繊維あるいは導電性線材を含む強化材と高分子樹脂の複合体を配置することにより、き裂あるいは力学的弱点部を補修あるいは補強すると同時に、正弦波あるいはステップあるいはパルス状の電気信号を当該導電性繊維束あるいは導電性線材と金属材料との間に印加した際の伝送特性から、補修されたき裂の進展状況あるいは力学的弱点部からのき裂等破壊の発生を、その位置及び大きさに関する情報も含めて非破壊で検知することが可能となる知見を得た。
【００１１】
すなわち、電気信号が印加されている導電性繊維束あるいは導電性線材近傍の金属にき裂が存在すると、そこが電気信号の伝送に対して不連続部として働く（インピーダンスの不連続部となる）ので、電気信号に反射及び減衰を生じる。
【００１２】
本発明において、導電性繊維束あるいは導電性線材と補強された金属板（導電性補修・補強は、マイクロストリップ線路を形成していると見なすことができる。この場合、そのマイクロストリップ線路における線路導体幅をｗ、線路導体厚みをｔ、線路導体とグランドとの間隔をｈ、線路とグランドとの間の誘電体の比誘電率がεとすると、該マイクロストリップ線路の特性インピーダンスＺ（Ω）は下記式（数１）で表される。
【数１】

【００１３】
金属板にき裂等があるとその部分では線路導体とグランドとの間隔ｈが局部的に増加していることになり、その部分ではインピーダンスＺが増加する。一般に電磁波伝送線路に不連続点がありそこでＺがＺ_１からＺ_２に増加した場合、電気信号はその部分で下記式（数２）で表される反射率に従い反射を生ずる。
【数２】

この反射を、ステップ入力あるいはパルス入力に対する時間領域応答特性の検出が可能な信号発生装置付オシロスコープあるいはネットワークアナライザ等で検出すると、き裂の部分からの反射信号（ステップの上昇／下降あるいはパルスの発生）が、当該部分までの電気信号の往復伝搬時間に対応する時間遅れをもって検出されるので、き裂の存在のみならずその線路に沿う方向での位置も検出できる。
【００１４】
そして、複数の導電性繊維束あるいは導電性線材等、線（帯）状の導体が相互に絶縁された状態で平行に並べ、各導体の端部と導電性構造体との間にプローブを順次接触させて各々の導体における伝送特性を測定することにより、き裂や損傷の検出感度、特に伝送方向と直交する方向での識別度を確保し、損傷の進展を検出する。すなわち、平行して配置された複数の繊維束のうちスリット部分を横切っていない繊維束からはスリットに対応する応答が出ないので、スリットの長さが検出可能となる。そして、パッチによる補修・補強を行った直後の各導電性繊維束あるいは導電性線材からの応答を初期データとして記録しておき、点検の際にそこからの差分を表示することにより、各繊維束における導体間距離の差や繊維幅の差に伴うノイズの影響の軽減できるとともに、経時的なき裂の発生や進展を検出することが可能となる。すなわち測定の手順としては下記のようになる。
【００１５】
（１）補修直後の、初期における伝送特性（初期データ）を、各々の導電性繊維束あるいは導電性線材（以下「導体」と称す）ごとに、被補修導電性構造体をグランドとしてプローブをあてて測定・記録する。
（２）導電性構造体の検査時に、同様に各導体について伝送特性を測定する。
（３）検査時の特性から、対応する初期データを差し引く。
（４）差し引きの結果が計測器のノイズレベル以下であれば当該導体の下の部分の導電性構造体には初期状態からの変化はないと見なせる。き裂の進展があれば進展した部分の上にある導体からのデータにおいて、導体に沿う方向でのき裂の位置に応じて対応する位置に局部的ピークとして表示される。既に存在するき裂の増大があれば既存のピークの拡大が発生するため、同様に当該導のデータに局部的な増大として表示される。
【００１６】
以上のように、本発明は、繊維強化高分子複合材料中の炭素繊維等の優れた力学的特性と導電性を利用して、導電性構造体の補修・補強材に、損傷検知機能及び位置検出機能を付加するようにしたものである。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
アルミニウム板にき裂のモデルとしてスリット孔を開け、そこにガラス繊維クロスとガラス繊維／炭素繊維ハイブリッドクロスをこの順に１枚ずつ積層し、これにエポキシ樹脂を含浸して硬化させた（図４）。このハイブリッドクロスは縦糸として炭素繊維束とガラス繊維束（いずれも幅約１．６ｍｍ）が交互に並んでいて、これらがガラス繊維の横糸で束ねられている。したがって各炭素繊維束は相互に絶縁されている。上記において、アルミニウム板が導電性構造体に、ガラス繊維クロスにエポキシ樹脂を含浸させたものが非導電性補修・補強層、ガラス繊維／炭素繊維ハイブリッドクロスにエポキシ樹脂を含浸させたものが導電性補修・補強層に相当する。
【００１８】
樹脂が硬化した後、端部をサンディングして炭素繊維を露出させた上で導電性エポキシを各繊維束上に塗布し電気信号の入力端とした。これにより、各炭素繊維束とアルミニウム板は電磁波の伝送線路の一種であるマイクロストリップ線路を形成することになる。そしてこの入力端のうちの１つととアルミニウム板との間に、タイムドメインレフレクトメトリー機能の付いたディジタルオシロスコープに接続された高周波プローブにより、立ち上がり３０ｐｓのステップ電圧を印加し、時間領域応答特性を測定した。
図５にき裂のある部分（２カ所にスリットを形成）及びこれがない部分を横切る炭素繊維束からの応答を示す。図中１はスリット上を横切る繊維束からの応答、２はスリットのない部分の繊維束からの応答であり、１においてスリットに対応する局所的ピークは、スリットがない場合には点線で結んだようになる。
【００１９】
上記したように、電気信号は、伝送線路に不連続があるとそこで反射を生じる。ステップ信号入力に対する時間領域応答特性では、信号が不連続点まで往復するに要するだけの時間遅れをもって、不連続点での反射に対応して応答の上昇／下降が生じる。図５で、左端の部分の上昇／下降はプローブ及び接触端からの反射に対応する。また２．２ｎｓ付近からの上昇は終端（この実験では開放端）での反射に対応する。そして、スリット部分を横切っている繊維束からの応答には、スリット孔が線路間隔の変化に伴う線路のインピーダンスの不連続点として働くためにそこでの反射信号が検出されている。この立ち上がりの位置がスリットの位置に対応している。平行して配置された複数の繊維束のうちスリット部分を横切っていない繊維束からはスリットに対応する応答が出ないので、スリットの長さも検出できる。そして、補修直後の各繊維束からの応答を初期データとして記録しておき、点検の都度そこからの差分をモニタリングすることにより、各繊維束における導体間距離の差や繊維幅の差に伴うノイズの影響の軽減できるとともに、経時的なき裂の発生や進展を検出することが可能となる。
【００２０】
図２では、２本の応答のベースが異なっており、またスリット由来のもの以外にも小さい変動が生じていたり繊維束終端の応答の立ち上がりが２本でやや異なるものとなっているが、これらは炭素繊維束とアルミニウム板との間の距離の差や炭素繊維束の幅の微妙な違いによると考えられる。また、特性が全般的に右上がりになっていることとスリット部分での立ち上がりがスリットの幅に比較してかなり鈍っていることは、炭素繊維束の低導電性と樹脂の誘電損失に起因するもので、信号線路導体の導電性が高いほどフラットで鋭い変化の特性を持つことが予想される。これらに関しては樹脂含浸／貼り付けの方法を改善して炭素繊維束とアルミニウム板とが一定距離を保つようにしたり、場合により炭素繊維束ではなくより導電性の高い細い金属線を信号線として使用したり、あるいは応答信号の処理方法を改善したりすることにより、改善可能と考えられる。特に信号線（炭素繊維束）と金属板との距離変動の問題については、距離が近いほど影響が大きく出るので、ガラス繊維クロスが１枚のみである今回の実験では影響を大きく受けたと考えられる。
実際の補修ではパッチは数ｍｍの厚みとなると考えられるのでこの影響は軽減されると予想されるが、他方で信号線と金属板の距離が離れるに従い損傷の検出感度、特に損傷端の識別感度が低下することが予想される。したがって、特許請求の範囲に記したとおり、信号線となる導電性繊維束又は導電性線材を含む層は必ずしも最上層でなくとも中間層でも良く、これに関しては使用条件や必要とする検出感度に応じて選択ことが必要である。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、前記構成及び手法を採用したので、導電性構造体のき裂や力学的弱点部の補修・補強効果を得るのみでなく、補修・補強されたき裂、力学的弱点部の進展状況、あるいは力学的弱点部からの新たなき裂発生等を、その位置に関する情報を含めて非破壊で検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概念を示す見取り図である。
【図２】本発明の概念を示す平面図である。
【図３】本発明の概念を示す断面図である。
【図４】実施例における装置構成を示す図である。
【図５】実施例で得られた、ステップ電圧入力に対する時間領域応答特性を示す図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a repair / reinforcement structure of a conductive structure, a repair / reinforcement method, and a repair / reinforcement state detection method. More specifically, the present invention relates to an electrically conductive structure made of a load-added metal, such as an aircraft, a vehicle, and an iron bridge. The present invention relates to a repair / reinforcement structure, a repair / reinforcement method, and a repair / reinforcement state detection method for repairing / reinforcing a crack or a mechanical weak point in a structure.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a method for repairing and reinforcing a metal structure by applying a fiber reinforced polymer composite material as a patch has been proposed and studied (Sekine et al., Tohoku University Graduate School of Engineering, 49) Volume 565 (February 2001) pp. 55-61). However, this only requires repair and reinforcement, and after the repair and reinforcement, additional measures must be taken to detect the occurrence and progress of damage to the metal structure under the patch.
[0003]
In addition, an attempt to detect damage from the electrical characteristics of the conductive patch affixed to the material surface (Fine Ceramics Center, Okuhara et al .: Proceedings of the 3rd “Intelligent Materials and Structural Systems” Symposium (2002) (January) pp. 33-36), or technology to evaluate the soundness of resin molding and adhesive layers by using conductive structures as electromagnetic wave transmission lines (Tatsumi et al. "Structural systems" symposium (January 2002) pp. 79-82, UK, Strathclyde University Banks et al .: Journal of Physics D Vol. 29 (1996) pp. 233-239). Furthermore, research and development is underway at the Tokyo Institute of Technology (Professor Tsuji et al.) Or the University of Tokyo (Professor Takeda et al.) Regarding the use of the carbon fiber conductivity change to detect damage to carbon fiber reinforced polymer composites. ing. However, there is currently no technology for detecting the occurrence or progress of damage to the underlying metal from the electromagnetic wave transmission characteristics of the reinforcing / repairing patch.
[0004]
The proportion of aircraft operating around the world that are reaching the service life expected at the design stage is increasing rapidly, but updating all of them to new aircraft has enormous economic burden. It is necessary and not appropriate. Therefore, it is an urgent task to establish a technology that enables an aged aircraft to operate safely beyond the initially assumed service life. To that end, it is essential to repair fatigue cracks that have occurred in the aircraft due to many years of operation.
[0005]
As a method of repairing fatigue cracks, a method for repairing by bonding composite patches to fatigue cracks was proposed in anticipation of the excellent lightness and mechanical properties of fiber reinforced polymer composite materials. The use of is being considered.
[0006]
On the other hand, since the crack after repair is covered with a patch, its state cannot be detected visually, so the state of the crack after repair can be monitored by some method to ensure safety after repair. is necessary. In addition, composite patch is expected to be used not only for repairing fatigue cracks, but also for strengthening mechanical weak points such as bolt holes. Requires a means of detecting metal cracks under the patch.
[0007]
There are various existing methods for detecting damage, such as a method using ultrasonic waves, a method using eddy currents, a method using electrical resistance, and a method using optical fibers. There is a problem that it is necessary to apply a probe, only the damage status of the structure is detected indirectly from the deformation / destruction information of the detection-dedicated patch, or the position information is unclear. That's not true.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of such a state of the art, and not only obtains the effect of repairing / reinforcing the cracks and mechanical weak points of the conductive structure, but also repairing / reinforcing cracks, mechanics Repair / reinforcement structure and repair / reinforcement method for conductive structures that can detect non-destructive detection, including information on the position, of the progress of mechanical weak points or new cracks from mechanical weak points The problem is to provide a repair / reinforcement state detection method.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, the above problem is solved by the following technical means.
(1) In a method for detecting a state of repair / reinforcement of a conductive structure, a non-conductive repair / reinforcement layer includes a plurality of conductive fiber bundles or conductive wires arranged in parallel and insulated from each other. A repair / reinforcing material provided with a property repair / reinforcement layer is attached to a portion of the conductive structure to be repaired / reinforced, and the conductive structure constituting the microstrip line and the conductive fiber bundle or the conductive wire A high-frequency electric signal is applied between the microstrip line, the characteristic impedance Z of the microstrip line is measured, and the presence of the damage of the conductive structure along the microstrip line and the position of the damage are measured based on the characteristic impedance Z. It is characterized by obtaining a change in reflectance to be expressed.
(2) In the method for detecting a repair / reinforcing state of a conductive structure according to (1) above, the conductive structure is provided so that the characteristic impedance Z represents a degree of damage to the conductive structure. The distance between the ground and the conductive fiber bundle or the conductive wire is a function.
(3) In the repair / reinforcing state detection method for a conductive structure according to (1) above, the conductive structure is provided so that the characteristic impedance Z represents a degree of damage to the conductive structure. The dielectric constant between the ground and the conductive fiber bundle or the conductive wire is a function.
(4) In the method for detecting a repair / reinforcing state of a conductive structure according to (1), the reflectance is detected as a change in response voltage of the microstrip line with respect to an elapsed time from signal input. And
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail. FIG. 1 is a sketch for explaining the concept of the present invention, FIG. 2 is a plan view, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along lines AA ′ and BB ′ of FIG.
As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that a glass fiber cloth is formed on a mechanical weak point such as a crack generated on the surface of a metal material or around a circular hole where a crack is likely to occur. Insulating repair / reinforcing material (patch) such as a composite of resin and polymer resin is attached to the uppermost layer or intermediate layer when repairing or reinforcing cracks or mechanical weak points. Repairing cracks or mechanical weak points by arranging composites of carbon fiber bundles and other conductive fibers or conductive wires that are arranged in parallel and insulated from each other, and a polymer resin composite Or, at the same time as reinforcing, the progress or force of the repaired crack from the transmission characteristics when a sine wave or step or pulse electric signal is applied between the conductive fiber bundle or conductive wire and metal material. Specifically the occurrence of come 裂等 destruction from weak parts, was obtained a finding that it is possible to detect non-destructive, including information about the position and size.
[0011]
That is, if there is a crack in the conductive fiber bundle to which an electric signal is applied or a metal near the conductive wire, it acts as a discontinuous part for electric signal transmission (is an impedance discontinuous part). As a result, the electrical signal is reflected and attenuated.
[0012]
In the present invention, a conductive fiber bundle or a conductive wire and a reinforced metal plate (conducting repair and reinforcement can be regarded as forming a microstrip line. In this case, a line conductor in the microstrip line When the width is w, the line conductor thickness is t, the distance between the line conductor and the ground is h, and the relative dielectric constant of the dielectric between the line and the ground is ε, the characteristic impedance Z (Ω) of the microstrip line is It is represented by the following formula (Formula 1).
[Expression 1]

[0013]
If there is a crack or the like in the metal plate, the distance h between the line conductor and the ground locally increases at that portion, and the impedance Z increases at that portion. In general, when there is a discontinuity in the electromagnetic wave transmission line, and Z increases from Z ₁ to Z ₂ , the electric signal is reflected at that portion according to the reflectance expressed by the following formula (Equation 2).
[Expression 2]

When this reflection is detected by an oscilloscope with a signal generator that can detect the time domain response characteristics for step input or pulse input, or a network analyzer, etc., the reflection signal (step up / down or pulse generation from the crack part) ) Is detected with a time delay corresponding to the round-trip propagation time of the electrical signal to the portion, so that not only the presence of a crack but also the position along the line can be detected.
[0014]
Then, a plurality of conductive fiber bundles or conductive wire materials such as wire (band) conductors are arranged in parallel while being insulated from each other, and probes are sequentially placed between the ends of the respective conductors and the conductive structure. By measuring the transmission characteristics of each conductor in contact with each other, the detection sensitivity of cracks and damage, particularly the degree of discrimination in the direction perpendicular to the transmission direction, is secured, and the progress of damage is detected. That is, since the response corresponding to the slit does not appear from the fiber bundle that does not cross the slit portion among the plurality of fiber bundles arranged in parallel, the length of the slit can be detected. Then, the response from each conductive fiber bundle or conductive wire immediately after the repair / reinforcement by the patch is recorded as initial data, and the difference from the response is displayed at the time of inspection. It is possible to reduce the influence of noise due to the difference in the distance between conductors and the difference in fiber width, and to detect the occurrence and progress of cracks over time. That is, the measurement procedure is as follows.
[0015]
(1) Immediately after repair, transmission characteristics (initial data) in the initial stage are applied to each conductive fiber bundle or conductive wire (hereinafter referred to as “conductor”) with the repaired conductive structure as a ground. To measure and record.
(2) At the time of inspecting the conductive structure, the transmission characteristics are similarly measured for each conductor.
(3) The corresponding initial data is subtracted from the characteristics at the time of inspection.
(4) If the result of the subtraction is less than the noise level of the measuring instrument, it can be considered that there is no change from the initial state in the conductive structure below the conductor. If there is crack growth, in the data from the conductor on the developed part, it is displayed as a local peak at a corresponding position according to the position of the crack in the direction along the conductor. If there is an increase in a crack that already exists, the expansion of the existing peak occurs, so that it is similarly displayed as a local increase in the derived data.
[0016]
As described above, the present invention utilizes the excellent mechanical properties and conductivity of carbon fibers in the fiber reinforced polymer composite material to repair and reinforce the conductive structure. A detection function is added.
[0017]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
A slit hole was made in the aluminum plate as a crack model, and a glass fiber cloth and a glass fiber / carbon fiber hybrid cloth were laminated one by one in this order, and impregnated with epoxy resin and cured (FIG. 4). . In this hybrid cloth, carbon fiber bundles and glass fiber bundles (both having a width of about 1.6 mm) are alternately arranged as warps, and these are bundled with glass fiber wefts. Accordingly, the carbon fiber bundles are insulated from each other. In the above, an aluminum plate impregnated with a conductive structure, a glass fiber cloth impregnated with an epoxy resin is a non-conductive repair / reinforcement layer, and a glass fiber / carbon fiber hybrid cloth impregnated with an epoxy resin is conductive. Corresponds to the repair / reinforcement layer.
[0018]
After the resin was cured, the ends were sanded to expose the carbon fibers, and then conductive epoxy was applied onto each fiber bundle to provide an input end for electrical signals. Thus, each carbon fiber bundle and the aluminum plate form a microstrip line that is a kind of electromagnetic wave transmission line. A high frequency probe connected to a digital oscilloscope with a time domain reflectometry function is applied between one of the input terminals and the aluminum plate, and a step voltage of 30 ps is applied to obtain a time domain response characteristic. It was measured.
FIG. 5 shows the response from a carbon fiber bundle that crosses a cracked portion (where two slits are formed) and a portion that does not have a crack. In the figure, 1 is the response from the fiber bundle crossing the slit, 2 is the response from the fiber bundle in the portion without the slit, and the local peak corresponding to the slit in 1 is connected with a dotted line when there is no slit. It becomes like this.
[0019]
As described above, the electrical signal is reflected when there is a discontinuity in the transmission line. In the time domain response characteristic with respect to the step signal input, the response rises / falls corresponding to the reflection at the discontinuity with a time delay required for the signal to reciprocate to the discontinuity. In FIG. 5, the rising / lowering of the left end portion corresponds to reflection from the probe and the contact end. The rise from around 2.2 ns corresponds to the reflection at the terminal end (open end in this experiment). In the response from the fiber bundle crossing the slit portion, the reflected signal is detected because the slit hole acts as a discontinuity point of the impedance of the line accompanying the change in the line interval. The rising position corresponds to the slit position. Since a fiber bundle that does not cross the slit portion among the plurality of fiber bundles arranged in parallel does not respond to the slit, the length of the slit can also be detected. The response from each fiber bundle immediately after the repair is recorded as initial data, and the difference from the distance between the conductors in each fiber bundle and the difference in fiber width are monitored by monitoring the difference from each time the inspection is performed. As a result, it is possible to detect the occurrence and propagation of cracks over time.
[0020]
In FIG. 2, the bases of the two responses are different, and there are small fluctuations other than those derived from the slits, and the rise of the response at the end of the fiber bundle is slightly different between the two. This is considered to be due to the difference in the distance between the carbon fiber bundle and the aluminum plate and the subtle difference in the width of the carbon fiber bundle. In addition, the fact that the characteristics are generally rising to the right and that the rise at the slit is considerably dull compared to the width of the slit is due to the low conductivity of the carbon fiber bundle and the dielectric loss of the resin. Therefore, it is expected that the higher the conductivity of the signal line conductor, the flatter and sharper the characteristic. With regard to these, the resin impregnation / attachment method has been improved so that the carbon fiber bundle and the aluminum plate are kept at a fixed distance, and in some cases, a thin conductive metal wire is used as the signal line instead of the carbon fiber bundle. Or by improving the processing method of the response signal. In particular, regarding the problem of distance fluctuation between the signal line (carbon fiber bundle) and the metal plate, the closer the distance, the greater the effect. Therefore, it is considered that this experiment with only one glass fiber cloth was greatly affected. .
In actual repairs, the patch is thought to be several millimeters thick, so this effect is expected to be reduced. On the other hand, as the distance between the signal line and the metal plate increases, the detection sensitivity of damage, especially the sensitivity of identifying the damaged edge Is expected to decline. Therefore, as described in the claims, the layer containing the conductive fiber bundle or the conductive wire serving as the signal line may not necessarily be the uppermost layer, and the intermediate layer may be used. It is necessary to select accordingly.
[0021]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the above-described configuration and method are adopted, not only the effect of repairing / reinforcing the cracks and mechanical weak points of the conductive structure is obtained, but also the repaired / reinforced cracks of the mechanical weak points. It is possible to detect the progress or the occurrence of a new crack from the mechanical weak point, including information on the position, without destruction.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sketch showing the concept of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing the concept of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view showing the concept of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a device configuration in the embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing time domain response characteristics with respect to step voltage input, obtained in an example.

Claims (4)

非導電性補修・補強層中に、互いに絶縁された状態で平行に配置された複数の導電性繊維束あるいは導電性線材を含む導電性補修・補強層が設けられた補修・補強材を、導電性構造体の補修・補強すべき部位に取り付け、マイクロストリップ線路を構成する導電性構造体と該導電性繊維束あるいは導電性線材との間に高周波電気信号を印加し、前記マイクロストリップ線路の特性インピーダンスＺを計測し、前記特性インピーダンスＺに基づき前記マイクロストリップ線路に沿った前記導電性構造体の損傷の存在と前記損傷の位置を表す反射率の変化を求めることを特徴とする導電性構造体の補修・補強状況検知方法。Conducting a repair / reinforcing material in which a non-conductive repair / reinforcing layer is provided with a conductive repair / reinforcing layer including a plurality of conductive fiber bundles or conductive wires arranged in parallel and insulated from each other. A high frequency electric signal is applied between the conductive structure constituting the microstrip line and the conductive fiber bundle or the conductive wire, and is attached to a portion of the conductive structure to be repaired / reinforced. Conductive structure characterized in that impedance Z is measured to determine the presence of damage to the conductive structure along the microstrip line and a change in reflectance indicating the position of the damage based on the characteristic impedance Z Repair and reinforcement status detection method. 前記特性インピーダンスＺは、前記導電性構造体の損傷の程度を表すように、前記導電性構造体が設けられているグランドと前記導電性繊維束あるいは導電性線材との間隔を関数とすることを特徴とする請求項１記載の導電性構造体の補修・補強状況検知方法。The characteristic impedance Z is a function of the distance between the ground provided with the conductive structure and the conductive fiber bundle or conductive wire so as to indicate the degree of damage to the conductive structure. The method for detecting a repair / reinforcing state of a conductive structure according to claim 1, wherein 前記特性インピーダンスＺは、前記導電性構造体の損傷の程度を表すように、前記導電性構造体が設けられているグランドと前記導電性繊維束あるいは導電性線材との間の誘電体の比誘電率を関数とすることを特徴とする請求項１記載の導電性構造体の補修・補強状況検知方法。The characteristic impedance Z is a dielectric constant of a dielectric between the ground provided with the conductive structure and the conductive fiber bundle or conductive wire so as to indicate the degree of damage of the conductive structure. 2. The method for detecting a repair / reinforcing state of a conductive structure according to claim 1, wherein the rate is a function. 前記反射率を、信号入力時からの経過時間に対する前記マイクロストリップ線路の応答電圧の変化として検出することを特徴とする請求項１記載の導電性構造体の補修・補強状況検知方法。2. The method for detecting a repair / reinforcing state of a conductive structure according to claim 1, wherein the reflectance is detected as a change in response voltage of the microstrip line with respect to an elapsed time from the time of signal input.

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