Nondestructive evaluation and 3-D imaging of impact damage in CFRP/Ti fibre-metal laminates using synchrotron radiation laminography

シンクロトロン放射光ラミノグラフィによるCFRP/Tiファイバメタル積層板における衝撃損傷の非破壊評価と3次元イメージング

中谷 隼人*; 梶原 堅太郎*; 秋田 貢一; 荻原 慎二*

Nakatani, Hayato*; Kajiwara, Kentaro*; Akita, Koichi; Ogihara, Shinji*

ファイバーメタル積層材(FML)は、金属箔とFRP(繊維強化プラスチック)板を積層したハイブリッド材料であり、既に複数の航空機に適用された実績がある。FMLは、吸収係数が大きく異なる材料が積層されており、そのため、内部損傷の非破壊観察が、従来の実験室的なラジオグラフィやX線CT装置では困難であった。ここでは、放射光ラミノグラフィという3Dイメージング技術を用いて、FMLのひとつであるCFRP/Ti積層板に付与した面外衝撃損傷の観察を試みた。実験は、SPring-8のBL19B2で実施した。得られた画像から、Ti層のき裂や、繊維破断、マトリクスのき裂、層間剥離といった各損傷モードの見え方を確認した。さらに、スライス画像を3次元的に再構成することで、衝撃損傷の3次元イメージングが可能であることを示した。

Fibre-Metal Laminates (FMLs) are hybrid materials that consist of thin layers of metal and fibre-reinforced polymer, and have already been applied several aircraft. It is well-known that there is a difficulty in non-destructive assessment of damage in FMLs using laboratory radiography or X-ray computed tomography since FMLs have laminate structure of materials with different X-ray absorption coefficient. Synchrotron radiation laminography at SPring-8 in Japan is employed to assess low velocity impact damage in CFRP/Ti laminates as FMLs. It is verified that how each damage mode, such as crack in titanium layer, fibre break, matrix cracking, interlaminar delamination in CFRP layers and interfacial debonding between CFRP and titanium layers, can be observed in obtained reconstructed slice images. Three-dimensional imaging of the low velocity impact damage is also demonstrated by stacking the reconstructed slice images, and that is to our knowledge a novel result.