(57)【要約】      （修正有）【課題】数値解析のみにより、ＦＲＰ層内の繊維の形状不整（特に、繊維のうねり）に起因する強度低下を考慮して、ＦＲＰ複合材の破壊強度を適切に評価する方法を提供する。【解決手段】それぞれ異なるうねり状態を有する複合材を表現する複数の異なるうねりモデルを作成するモデル作成ステップと、複数のうねりモデルに作用させる荷重の大きさを変えながら複数のうねりモデル上で応力解析をそれぞれ行う解析ステップと、複数のうねりモデルについて破壊強度をそれぞれ評価する評価ステップと、を備え、評価ステップは、複数のうねりモデルについての応力解析の結果に、複数の異なる破壊モードにそれぞれ対応する複数の破壊則を適用することにより破壊判定を行う破壊判定ステップと、複数のうねりモデルの中のいずれが前記破壊判定により非破壊と判定されたかに基づいて、うねり状態の許容範囲を決定する許容範囲決定ステップと、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化型プラスティックで形成された複数のＦＲＰ層を面外方向に積層させて形成され、前記ＦＲＰ層内を面内方向に延びる繊維の一部がうねりを有する複合材の破壊強度評価方法であって、
それぞれ異なるうねり状態を有する前記複合材を表現する複数の異なるうねりモデルを作成するモデル作成ステップと、
前記複数のうねりモデルに作用させる荷重の大きさを変えながら前記複数のうねりモデル上で応力解析をそれぞれ行う解析ステップと、
前記複数のうねりモデルについて破壊強度をそれぞれ評価する評価ステップと、を備え、
前記評価ステップは、
前記複数のうねりモデルについての前記応力解析の結果に、複数の異なる破壊モードにそれぞれ対応する複数の破壊則を適用することにより破壊判定を行う破壊判定ステップと、
前記複数のうねりモデルの中のいずれが前記破壊判定により非破壊と判定されたかに基づいて、前記うねり状態の許容範囲を決定する許容範囲決定ステップと、
を含むことを特徴とする破壊強度評価方法。
【請求項２】
前記モデル作成ステップでは、
前記うねり状態は、前記複合材の前記面外方向にわたって分布する前記繊維のうねりの分布状況を表現するうねりパターンおよび個々の前記繊維のうねりの形状および寸法を表すうねりパラメータにより記述され、
前記うねりパターンの候補および前記うねりパターンの候補に整合する前記うねりパラメータの候補を使用して前記複数のうねりモデルが作成される
ことを特徴とする請求項１に記載の破壊強度評価方法。
【請求項３】
繊維強化型プラスティックで形成された複数のＦＲＰ層を面外方向に積層させて形成され、前記ＦＲＰ層内を面内方向に延びる繊維の一部がうねりを有する複合材の破壊強度評価方法であって、
前記複合材の内部状態を計測して得られる計測結果を取得する計測ステップと、
前記計測結果に基づいて、うねり状態を有する前記複合材を表現する少なくとも一つのうねりモデルを作成するモデル作成ステップと、
前記少なくとも一つのうねりモデルに所定の荷重条件に基づく荷重を作用させて前記うねりモデル上で応力解析を行う解析ステップと、
前記少なくとも一つのうねりモデルについて破壊強度を評価する評価ステップと、を備え、
前記評価ステップは、
前記少なくとも一つのうねりモデルについての前記応力解析の結果に、複数の異なる破壊モードにそれぞれ対応する複数の破壊則を適用することにより破壊判定を行う破壊判定ステップ、
を含むことを特徴とする破壊強度評価方法。
【請求項４】
前記モデル作成ステップでは、
前記うねり状態は、前記複合材の前記面外方向にわたって分布する前記繊維のうねりの分布状況を表現するうねりパターンおよび個々の前記繊維のうねりの形状および寸法を表すうねりパラメータにより記述され、
前記うねりパターンの候補および前記うねりパターンの候補に整合する前記うねりパラメータの候補を使用して前記少なくとも一つのうねりモデルが作成される
ことを特徴とする請求項３に記載の破壊強度評価方法。
【請求項５】
前記モデル作成ステップは、
前記計測結果から前記複合材の前記面外方向にわたって分布する前記繊維のうねりの分布状況がうねりパターンの複数の候補のいずれに該当するかを検出する分布検出ステップと、
前記分布検出ステップにより検出された前記うねりパターンの候補が表す前記繊維のうねりの分布状況を個々の前記繊維のうねりの形状および寸法に展開することにより、個々の前記繊維のうねりの形状および寸法を表すうねりパラメータの候補を推定するうねり推定ステップと、
を含むことを特徴とする請求項４に記載の破壊強度評価方法。
【請求項６】
前記計測ステップは、前記複合材の端部断面を撮影装置により撮影して得られる断面観察画像を画像認識する画像認識ステップを含み、
前記分布検出ステップは、前記画像認識の結果から前記複合材の前記面外方向にわたって分布する前記繊維のうねりの分布状況が前記うねりパターンの複数の候補のいずれに該当するかを検出するステップを含む、
ことを特徴とする請求項５記載の破壊強度評価方法。
【請求項７】
前記複合材の端部断面を観察することで特定される前記うねりの発生位置に作用する荷重を想定し、前記想定の結果に基づいて前記応力解析における前記荷重条件を設定するステップをさらに備える、
ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の破壊強度評価方法。
【請求項８】
前記計測ステップは、前記複合材に対して非破壊検査を実施する検査実施ステップを含み、
前記分布検出ステップは、前記非破壊検査の結果から前記複合材の前記面外方向にわたって分布する前記繊維のうねりの分布状況が前記うねりパターンの複数の候補のいずれに該当するかを検出するステップを備える
ことを特徴とする請求項５記載の破壊強度評価方法。
【請求項９】
前記検査実施ステップでは、超音波探傷装置を用いた超音波探傷法またはＸ線スキャナ装置を用いたＸ線ＣＴ法に従って前記非破壊検査を実施する
ことを特徴とする請求項８記載の破壊強度評価方法。
【請求項１０】
前記うねりモデルは、各々の前記ＦＲＰ層をモデル化するソリッド要素および前記面外方向に積層された複数の前記ＦＲＰ層間の境界面をモデル化する粘着要素を組み合わせた上で、前記うねりパターンと前記うねりパラメータを反映させることで作成され、
前記応力解析は、前記作成された前記うねりモデルの上で有限要素法に従って実行される
ことを特徴とする請求項２、４乃至請求項９のいずれか一項に記載の破壊強度評価方法。
【請求項１１】
前記うねりパラメータは、前記うねりの形状を表すための形状関数を識別する形状関数パラメータを含むと共に、前記形状関数が定めるうねり形状における一つ以上の寸法を記述するために、
前記うねりが生じた区間の長さを識別する区間長パラメータ、
前記うねりが生じた区間において、前記ＦＲＰ層内の設計時の繊維配置から前記繊維が最も離間した位置における離間幅を識別する高さパラメータ、
前記うねりが生じた区間において、前記繊維の方向と設計時の繊維配向角との間の角度オフセットを識別するための角度パラメータ、
複数の前記ＦＲＰ層が積層された面外方向における前記繊維のうねりの位置を識別するための積層方向位置パラメータ、
のいずれか一つ以上を含むことを特徴とする請求項２、４乃至請求項１０のいずれか一項に記載の破壊強度評価方法。
【請求項１２】
前記うねりパターンの複数の候補は、複数の前記ＦＲＰ層が積層された面外方向に沿って前記ＦＲＰ層内の繊維の層が開口することで、前記ＦＲＰ層内に繊維が含まれない樹脂溜りが形成されるうねりに対応する第１パターンを含む
を含むことを特徴とする請求項２、４乃至請求項１１のいずれか一項に記載の破壊強度評価方法。
【請求項１３】
前記第１パターンについて定義された前記うねりパラメータは、
前記ＦＲＰ層内に形成された前記樹脂溜りの寸法を識別するための樹脂溜り寸法パラメータをさらに含む
ことを特徴とする請求項１２記載の破壊強度評価方法。
【請求項１４】
前記うねりパターンの複数の候補は、各々の前記ＦＲＰ層内において前記面外方向に生じた繊維のうねりが複数の前記ＦＲＰ層にわたって上下同じ向きに重なり合い、各々の前記ＦＲＰ層内の繊維にうねりが生じた面内方向位置が複数の前記ＦＲＰ層にわたって揃っている第２パターンを含む
ことを特徴とする請求項２、４乃至請求項１３のいずれか一項に記載の破壊強度評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、繊維強化型プラスティックを素材とするＦＲＰ層を積層して成る複合材の破壊強度を評価する方法と関係する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化型プラスティック（ＦＲＰ：Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）を素材とするＦＲＰ層を積層させて成るＦＲＰ複合材は、ＦＲＰ層内で繊維が配向された方向と同一方向の荷重に対して最も高い強度を示す。しかしながら、ＦＲＰ複合材は繊維の配向方向以外に対しては強度が低く、特に、積層面に垂直な面外方向に沿った荷重に弱いため、面外方向に積層されたＦＲＰ層間において層間剥離が生じやすい。以下の特許文献および非特許文献は、上記のような積層構造を有するＦＲＰ複合材が面外方向に沿った層間剥離により破壊されるケースを想定し、ＦＲＰ複合材の破壊強度を評価する方法について開示している。
【０００３】
特許文献１記載の破壊強度評価方法では、まず、ＦＲＰ層間において層間剥離方向に作用する荷重と層間剥離によって生じるエネルギー解放率との間の関係をＦＥＭモデル上での数値解析により算出しておく。続いて、実物のＦＲＰ複合材を用いた破壊靭性値試験により測定した破壊靭性値と等しいエネルギー解放率に対応する荷重を上記関係から求め、破壊強度として算出する。また、特許文献２記載の破壊強度評価方法では、実物のＦＲＰ複合材の面内における複数個所において様々な検査温度の下で弾性率を測定する測定試験を行い、面内における弾性率の分布傾向と弾性率の温度変化を解析することで破壊強度を評価する。
【０００４】
また、特許文献１および非特許文献１は、上述した破壊強度の評価に関連して、層間剥離が進展するのに必要な破壊エネルギーに対応するエネルギー解放率を算出する手法を開示している。具体的には、ＦＲＰ複合材の層間剥離部分をモデル化したＦＥＭモデルの上でＶＣＣＴ（Ｖｉｒｔｕａｌ  Ｃｒａｃｋ  Ｃｌｏｓｕｒｅ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）に基づく数値解析を実行する手法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−０１１５０４号公報
【特許文献２】国際公開２０１１／１２９２３５号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ａｎｔｈｏｎｙ  Ｔｈｉｒｋｅｔｔｌｅ他著、「円筒形状の大口径部材における欠陥に起因した層間剥離をモデル化する手法に関する研究」、宇宙探査機の構造、部材および機構の試験に関する欧州会議２００５（ＥＳＡ  ＳＰ−５８１  ２００５年５月）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ＦＲＰを素材とする複合材は、高い異方性を持つため、ＦＲＰ層内で配向された繊維に形状不整が生じていると、結果として荷重方向が繊維方向からズレてしまうので、繊維方向の荷重に対する複合材の強度は大きく低下する。上記のような繊維の形状不整の一形態として、例えば、ＦＲＰ複合材の製造時における欠陥としてＦＲＰ層内で一部の繊維にうねりが生じることで、うねった繊維が設計時における繊維配向からズレる場合が考えられる。その結果、このような製造欠陥を有するＦＲＰ複合材では、層間剥離方向に沿った荷重のみならず、面内方向の引っ張り荷重に対しても強度が低下すると考えられる。
【０００８】
しかしながら、特許文献１および非特許文献１では、上記のような製造欠陥を有するＦＲＰ複合材において繊維の形状不整に起因する強度低下を考慮してＦＲＰ複合材の破壊強度を精度良く評価するための工夫が開示されていない。その結果、ＦＲＰ複合材の製造時にＦＲＰ層内で一部の繊維にうねりが生じ得る場合、繊維のうねりがどの程度までなら必要な破壊強度を確保できるかを規定する許容範囲を決定することができず、ＦＲＰ複合材の製造時における品質管理が困難となる。
【０００９】
さらに、特許文献１および非特許文献１記載のＶＣＣＴによるエネルギー解放率の算出手法は、以下のような未解決課題を有する。具体的には、上述した繊維の形状不整に起因する強度低下は、面内方向の引っ張り荷重に対する強度も弱める。にもかかわらず、上述したエネルギー解放率は、層間剥離が層間の境界面に沿って進展するのに必要な破壊エネルギーにしか対応していないため、破壊強度の評価に際しては、層間剥離に対応する破壊モードしか考慮されてない。その結果、特許文献１および非特許文献１記載の手法では、ＦＲＰ複合材の破壊を引き起こし得る他の様々な破壊モードを考慮してＦＲＰ複合材の破壊強度を評価することが困難である。
【００１０】
また、特許文献２では、破壊強度を評価する際に、上述した繊維の形状不整に起因する強度低下を考慮しているが、実物のＦＲＰ複合材の複数個所において弾性率の測定試験を行わなくてはならず、破壊強度を数値解析のみにより評価することが困難である。その結果、ＦＲＰ複合材の実サンプルや試験片に対する各種試験を行うために期間やコストを要する。その上、ＦＲＰ複合材の実サンプルや試験片に対する何らかの試験を行う必要があるとすると、ＦＲＰ複合材に見られる繊維の形状不整の種々のパターンのうち、試験の対象となっていないパターンについては、破壊強度の低下を評価することが困難である。なお、特許文献２記載の発明において、上述した繊維の形状不整に起因する強度低下を数値解析により評価するために、特許文献１および非特許文献１記載のＶＣＣＴを採用することが困難であるのは上述したとおりである。
【００１１】
以上のような問題点に鑑み、本発明に係る幾つかの実施形態は、実物のＦＲＰ複合材や試験片に対する各種試験を行う必要が無い数値解析のみにより、ＦＲＰ層内の繊維の形状不整（特に、繊維のうねり）に起因する強度低下を考慮して、ＦＲＰ複合材の破壊強度を適切に評価する方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）本発明の幾つかの実施形態に係る方法は、繊維強化型プラスティックで形成された複数のＦＲＰ層を面外方向に積層させて形成され、前記ＦＲＰ層内を面内方向に延びる繊維の一部がうねりを有する複合材の破壊強度評価方法であって、
それぞれ異なるうねり状態を有する前記複合材を表現する複数の異なるうねりモデルを作成するモデル作成ステップと、
前記複数のうねりモデルに作用させる荷重の大きさを変えながら前記複数のうねりモデル上で応力解析をそれぞれ行う解析ステップと、
前記複数のうねりモデルについて破壊強度をそれぞれ評価する評価ステップと、を備え、
前記評価ステップは、
前記複数のうねりモデルについての前記応力解析の結果に、複数の異なる破壊モードにそれぞれ対応する複数の破壊則を適用することにより破壊判定を行う破壊判定ステップと、
前記複数のうねりモデルの中のいずれが前記破壊判定により非破壊と判定されたかに基づいて、前記うねり状態の許容範囲を決定する許容範囲決定ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１３】
上記（１）の破壊強度評価方法では、複合材の実サンプルや試験片に対する各種試験を行わずに、複数の異なる破壊モードにそれぞれ対応する複数の破壊則を複数のうねりモデルについての応力解析結果に適用することにより破壊強度を評価している。従って、上記（１）の破壊強度評価方法によれば、層間剥離に対応する破壊モードのみならず、ＦＲＰ複合材の破壊を引き起こし得る他の様々な破壊モードを考慮してＦＲＰ複合材の破壊強度を数値解析のみによって評価することが可能である。
【００１４】
また、上記（１）の破壊強度評価方法では、複数の破壊則に基づいて複数のうねりモデルについて破壊判定を行った後に、複数のうねりモデルの中のいずれが上記破壊判定により非破壊と判定されたかに基づいてうねり状態の許容範囲を決定している。従って、上記（１）の破壊強度評価方法によれば、ＦＲＰ複合材の製造時にＦＲＰ層内で一部の繊維にうねりが生じ得る場合、繊維のうねりがどの程度までなら必要な破壊強度を確保できるかを規定する許容範囲を決定することができる。その結果、ＦＲＰ複合材の製造時において品質管理がＦＲＰ層内で一部の繊維に生じたうねりの程度が上記のように決定した許容範囲内か否かに基づいて、ＦＲＰ複合材の製造時における品質管理を行うことが容易となる。
【００１５】
（２）例示的な一実施形態に従うならば、上記（１）の方法において、前記モデル作成ステップでは、前記うねり状態は、前記複合材の前記面外方向にわたって分布する前記繊維のうねりの分布状況を表現するうねりパターンおよび個々の前記繊維のうねりの形状および寸法を表すうねりパラメータにより記述され、
前記うねりパターンの候補および前記うねりパターンの候補と整合する前記うねりパラメータの候補を使用して前記複数のうねりモデルが作成されることを特徴とする。
【００１６】
上記（２）の方法では、複数のうねりモデルがそれぞれ有するうねり状態は、うねりパターンとうねりパラメータによって記述され、うねりパラメータは、個々の繊維のうねりの形状および寸法を表す。これに対して、うねりパターンは複合材内の面外方向にわたって分布する（個々のＦＲＰ層内に積層された複数の繊維層に跨って分布する）うねりの分布状況を表現している。また、上記（２）の方法では、応力解析と破壊判定に用いられるうねりパラメータの候補は、個々のうねりモデルのうねり状態を記述するうねりパターンの候補と整合したパラメータ候補である。
【００１７】
従って、上記（２）の方法によれば、うねりパターンとうねりパラメータとでうねり状態を表現することで、より実態に即した解析が可能になる。具体的には、上記（２）の方法によれば、個々のＦＲＰ層内に積層された複数の繊維層に跨って分布するうねりの分布と矛盾するようなうねりパラメータを用いて応力解析と破壊判定が実行されてしまうことを防止することができる。さらに、上記（２）の方法において、例えば、個々のＦＲＰ層内に積層された複数の繊維層に跨って分布するうねりの分布としてうねりパターンが記述するうねり分布を個々のうねりの個別的状態に分解する等すれば、非常に多数の繊維についてのうねりパラメータの候補を効率的に生成することが可能となる。
【００１８】
（３）本発明の幾つかの実施形態に係る方法は、繊維強化型プラスティックで形成された複数のＦＲＰ層を面外方向に積層させて形成され、前記ＦＲＰ層内を面内方向に延びる繊維の一部がうねりを有する複合材の破壊強度評価方法であって、
前記複合材の内部状態を計測して得られる計測結果を取得する計測ステップと、
前記計測結果に基づいて、うねり状態を有する前記複合材を表現する少なくとも一つのうねりモデルを作成するモデル作成ステップと、
前記少なくとも一つのうねりモデルに所定の荷重条件に基づく荷重を作用させて前記うねりモデル上で応力解析を行う解析ステップと、
前記少なくとも一つのうねりモデルについて破壊強度を評価する評価ステップと、を備え、
前記評価ステップは、
前記少なくとも一つのうねりモデルについての前記応力解析の結果に、複数の異なる破壊モードにそれぞれ対応する複数の破壊則を適用することにより破壊判定を行う破壊判定ステップ、を含むことを特徴とする。
【００１９】
上記（３）の破壊強度評価方法では、複合材の実サンプルについて数値解析により破壊強度を評価するために、複数の異なる破壊モードにそれぞれ対応する複数の破壊則を少なくとも一つのうねりモデルについての応力解析結果に適用している。従って、上記（３）の方法によれば、複合材の実サンプルについて数値解析により破壊強度を評価するために、層間剥離に対応する破壊モードのみならず、ＦＲＰ複合材の破壊を引き起こし得る他の様々な破壊モードを考慮して破壊強度を評価することが可能である。
【００２０】
（４）例示的な一実施形態では、上記（３）の方法において、前記モデル作成ステップでは、
前記うねり状態は、前記複合材の前記面外方向にわたって分布する前記繊維のうねりの分布状況を表現するうねりパターンおよび個々の前記繊維のうねりの形状および寸法を表すうねりパラメータにより記述され、
前記うねりパターンの候補および前記うねりパターンの候補に整合する前記うねりパラメータの候補を使用して前記少なくとも一つのうねりモデルが作成されることを特徴とする。
【００２１】
上記（４）の方法では、複数のうねりモデルがそれぞれ有するうねり状態は、うねりパターンとうねりパラメータによって記述され、うねりパターンが表すうねりの分布状況からうねり推定ステップで推定されるうねりパラメータは、個々の繊維のうねりの形状および寸法を表す。これに対して、分布検出ステップで検出されるうねりパターンは、複合材内の面外方向にわたって分布する（複数の繊維層に跨って分布する）うねりの分布状況を表現している。
【００２２】
従って、上記（４）の方法によれば、うねりパターンとうねりパラメータとでうねり状態を表現することで、より実態に即した解析が可能になる。また、上記（４）の方法によれば、複合材の実サンプルについて数値解析により破壊強度を評価する際に、以下のようにして複数のうねりモデルに対する応力解析と破壊判定を実行することができる。すなわち、個々の繊維のうねりによる強度低下を考慮するのみならず、面外方向において隣接する複数の繊維のうねり同士の間における相対的な関係が強度低下に与える影響をも考慮して応力解析と破壊判定を実行することができる。例えば、面外方向において隣接する複数の繊維にうねりが生じた位置が面内方向において揃っているケースの方が面内方向において互いにズレているケースと比べて繊維のうねりが複合材の強度低下に与える影響が大きいと考えられる。
【００２３】
（５）例示的な一実施形態では、上記（４）の方法において、前記モデル作成ステップは、
前記計測結果から前記複合材の前記面外方向にわたって分布する前記繊維のうねりの分布状況がうねりパターンの複数の候補のいずれに該当するかを検出する分布検出ステップと、
前記分布検出ステップにより検出された前記うねりパターンの候補が表す前記繊維のうねりの分布状況を個々の前記繊維のうねりの形状および寸法に展開することにより、個々の前記繊維のうねりの形状および寸法を表すうねりパラメータの候補を推定するうねり推定ステップと、
を含むことを特徴とする。
【００２４】
また、上記（５）の方法では、分布検出ステップにより検出されたうねりパターンが表す繊維のうねりの分布状況を個々の繊維のうねりの形状および寸法に展開することにより、個々の繊維のうねりの形状および寸法を表すうねりパラメータを推定している。従って、上記（５）の方法では、実際に計測された複合材サンプルの内部状態がどのようなうねりパターンに該当するかを検出できれば、当該うねりパターンが表すうねり分布を個々の繊維のうねりに展開することで、個々の繊維についてのうねりパラメータを効率的に推定することができる。
【００２５】
（６）例示的な一実施形態では、上記（５）の方法において、前記計測ステップは、前記複合材の端部断面を撮影装置により撮影して得られる断面観察画像を画像認識する画像認識ステップを含み、
前記分布検出ステップは、前記画像認識の結果から前記複合材の前記面外方向にわたって分布する前記繊維のうねりの分布状況が前記うねりパターンの複数の候補のいずれに該当するかを検出するステップを含むことを特徴とする。
【００２６】
上記（６）の方法では、複合材の端部断面を撮影装置により撮影して得られる断面観察画像の画像認識を行い、画像認識の結果から複合材サンプルの面外方向にわたって分布する繊維のうねりの分布状況がうねりパターンの複数の候補のいずれに該当するかを検出している。すなわち、上記（６）の方法では、複合材の端部断面を撮影した画像の画像認識結果から複合材サンプルの内部状態がどのようなうねりパターン候補に該当するかを検出している。従って、上記（６）の方法によれば、複合材サンプルを切断したり試験片を切り出したりする必要なしに、複合材サンプル内部の実際のうねり分布に該当するうねりパターン候補を特定することができる。
【００２７】
（７）例示的な一実施形態では、上記（５）または（６）の方法において、前記複合材の端部断面を観察することで特定される前記うねりの発生位置に作用する荷重を想定し、前記想定の結果に基づいて前記応力解析における荷重条件を設定するステップをさらに備えることを特徴とする。
【００２８】
上記（７）の方法では、複合材の端部断面を観察することでうねりの発生位置を特定し、この位置に作用する荷重に着目して応力解析における荷重条件を設定することが可能となる。従って、上記（７）の方法では、応力解析における荷重条件が必要以上に複雑化しないように、複合材内部の繊維のうねりによる複合材の強度低下を評価するのに重要な荷重力のうち、特定されたうねり発生位置に作用する荷重力のみに基づいて荷重条件を簡略化することができる。
【００２９】
（８）例示的な一実施形態では、上記（５）の方法において、前記計測ステップは、前記複合材に対して非破壊検査を実施する検査実施ステップを含み、
前記分布検出ステップは、前記非破壊検査の結果から前記複合材の前記面外方向にわたって分布する前記繊維のうねりの分布状況がうねりパターンの複数の候補のいずれに該当するかを検出するステップを備えることを特徴とする。
【００３０】
上記（８）の方法では、複合材に対して非破壊検査を実施し、当該非破壊検査の結果から複合材サンプルの面外方向にわたって分布する繊維のうねりの分布状況がうねりパターンの複数の候補のいずれに該当するかを検出している。すなわち、上記（８）の方法では、複合材内部を非破壊検査により実測した結果から複合材サンプルの内部状態がどのようなうねりパターン候補に該当するかを検出している。従って、上記（８）の方法によれば、複合材サンプルを切断したり試験片を切り出したりする必要なしに、複合材サンプル内部の実際のうねり分布に該当するうねりパターン候補を特定することができる。
【００３１】
また、上記（６）のように複合材サンプルの端部断面の撮影画像を画像認識することで２次元的な内部状態を計測する場合と比べ、上記（８）の方法によれば、以下の追加的な技術的利点が得られる。すなわち、上記（８）の方法にける非破壊検査では、複合材サンプルの内部状態を３次元的な状態分布として調べることができるので、複合材内部のうねり状態を平面的ではなく立体的な観点から上記（６）の方法よりも一層高精度に推定することができる。
【００３２】
（９）例示的な一実施形態では、上記（８）の方法において、前記検査実施ステップでは、超音波探傷装置を用いた超音波探傷法またはＸ線スキャナ装置を用いたＸ線ＣＴ法に従って前記非破壊検査を実施することを特徴とする。
【００３３】
上記（９）の方法では、複合材サンプルの内部状態がどのようなうねりパターン候補に該当するかを検出するための特別の装置を用意せずに、超音波探傷装置やＸ線スキャナ装置のような既存の計測装置を用いて該当するうねりパターン候補を検出することが可能である。また、上記（９）の方法では、超音波探傷装置やＸ線スキャナ装置が実測した超音波信号やＸ線信号を周知な信号解析法に従って３次元的に解析することにより、複合材内部のうねり状態を平面的ではなく立体的な観点からより高精度かつより簡易に推定することができる。
【００３４】
（１０）例示的な一実施形態では、上記（２）および（４）〜（９）の方法において、前記うねりモデルは、各々の前記ＦＲＰ層をモデル化するソリッド要素および前記面外方向に積層された複数の前記ＦＲＰ層間の境界面をモデル化する粘着要素を組み合わせた上で、前記うねりパターンと前記うねりパラメータを反映させることで作成され、
前記応力解析は、前記作成された前記うねりモデルの上で有限要素法に従って実行されることを特徴とする。
【００３５】
上述したように、ＦＲＰ複合材は繊維の配向方向以外に対しては強度が低く、特に、積層面外への方向に沿った荷重に弱いため、面外方向に積層されたＦＲＰ層間において層間剥離が生じやすい。そこで、上記（１０）の方法では、有限要素法に従って応力解析を行う対象であるうねりモデルを以下のように作成している。すなわち、各々のＦＲＰ層をソリッド要素でモデル化し、ＦＲＰ層間の境界面を粘着要素でモデル化し、ソリッド要素と粘着要素を組み合わせたモデルにうねりパターンとうねりパラメータを反映させている。その結果、上記（１０）の方法によれば、ＦＲＰ層を積層して成る複合材の上述した性質を巧くモデル化することができる。
【００３６】
（１１）例示的な一実施形態では、上記（２）および（４）〜（１０）の方法において、前記うねりパラメータは、前記うねりの形状を表すための形状関数を識別する形状関数パラメータを含むと共に、前記形状関数が定めるうねり形状における一つ以上の寸法を記述するために、
前記うねりが生じた区間の長さを識別する区間長パラメータ、
前記うねりが生じた区間において、前記ＦＲＰ層内の設計時の繊維配置から前記繊維が最も離間した位置における離間幅を識別する高さパラメータ、
前記うねりが生じた区間において、前記繊維の方向と設計時の繊維配向角との間の角度オフセットを識別するための角度パラメータ、
複数の前記ＦＲＰ層が積層された面外方向における前記繊維のうねりの位置を識別するための積層方向位置パラメータ、のいずれか一つ以上を含むことを特徴とする。
【００３７】
上記（１１）の方法では、上述した形状関数パラメータによってうねりの形状を表すための形状関数を規定し、当該形状関数が定めるうねり形状における一つ以上の寸法を上述した区間長パラメータ、高さパラメータ、角度パラメータ、積層方向位置パラメータなどで規定している。従って、例えば、うねりの形状を表すための形状関数を正弦波関数とするならば、区間長パラメータと高さパラメータによって正弦波関数が表すＳｉｎｅカーブの波長と振幅が規定されるので、個々の繊維のうねりの形状と寸法を一意に特定することができる。また、例えば、うねりの形状を表すための形状関数を台形関数とするならば、角度パラメータと区間長パラメータと高さパラメータによって台形関数が表す台形波形が規定されるので、個々の繊維のうねりの形状と寸法を一意に特定することができる。以上より、上記（１１）の方法によれば、個々の繊維のうねりの形状と寸法を数学的に単純化されたモデルのみを使用して一意に特定することができる。
【００３８】
また、うねりパラメータが積層方向位置パラメータを含むことにより、以下の技術的利点が得られる。すなわち、ＦＲＰ層を積層して成る複合材の厚み方向における表層付近では、個々の繊維のうねりが複合材の強度低下に及ぼす影響が大きくなる。これに比べて、複合材の厚み方向において表層よりも深い内部に位置する繊維のうねりが複合材の強度低下に及ぼす影響は相対的に小さい。従って、個々の繊維のうねりが複合材の厚み方向においてどの深さ位置にあるかを積層方向位置パラメータで表現することにより、個々の繊維のうねりが複合材の強度低下に及ぼす影響の大小をうねりモデル内部においてモデル化することができる。
【００３９】
（１２）例示的な一実施形態では、上記（２）および（４）〜（１１）の方法において、前記うねりパターンの複数の候補は、複数の前記ＦＲＰ層が積層された面外方向に沿って前記ＦＲＰ層内の繊維の層が開口することで、前記ＦＲＰ層内に繊維が含まれない樹脂溜りが形成されるうねり分布に対応する第１パターンを含むことを特徴とする。
【００４０】
複合材を構成するＦＲＰ層を製造する際には、ＦＲＰ層内の繊維と樹脂の体積比が均等とはならず、ＦＲＰ層内に部分的に樹脂の体積比が非常に高い樹脂溜りができ、この樹脂溜りによってＦＲＰ層の破壊強度が顕著に低下することがある。そこで、上記（１２）の方法では、うねりパターンの複数の候補の一つとして、ＦＲＰ層の積層方向に沿ってＦＲＰ層内の繊維の層が開口することで、ＦＲＰ層内に繊維が含まれない樹脂溜りが形成されるうねり分布を表す第１パターンを規定している。その結果、上記（１２）の方法によれば、ＦＲＰ層内の繊維と樹脂の体積比が均等とはならず、ＦＲＰ層内に部分的に樹脂の体積比が非常に高い樹脂溜りができたことによる破壊強度の低下を考慮して複合材の破壊強度を評価することが可能となる。
【００４１】
（１３）例示的な一実施形態では、上記（１２）の方法において、前記第１パターンについて定義された前記うねりパラメータは、
前記ＦＲＰ層内に形成された前記樹脂溜りの寸法を識別するための樹脂溜り寸法パラメータをさらに含むことを特徴とする。
【００４２】
上記（１３）の方法では、ＦＲＰ層内の繊維と樹脂の体積比が不均一となることでＦＲＰ層内に形成された樹脂溜りの寸法を樹脂溜り寸法パラメータとして規定している。その結果、上記（１２）の方法によれば、樹脂溜りができたことによる強度低下を考慮して複合材の破壊強度を評価する際に、樹脂溜りの寸法に応じた強度低下の大きさをうねりモデル内において適切にモデル化することができる。
【００４３】
（１４）例示的な一実施形態では、上記（２）および（４）〜（１３）の方法において、前記うねりパターンの複数の候補は、各々の前記ＦＲＰ層内において前記面外方向に生じた繊維のうねりが複数の前記ＦＲＰ層にわたって上下同じ向きに重なり合い、各々の前記ＦＲＰ層内の繊維にうねりが生じた面内方向位置が複数の前記ＦＲＰ層にわたって揃っている第２パターンを含むことを特徴とする。
【００４４】
上記（１４）の方法では、うねりパターンの候補の一例として、各々のＦＲＰ層内において面外方向に生じた繊維のうねりが複数のＦＲＰ層にわたって上下同じ向きに重なり合い、各々のＦＲＰ層内の繊維にうねりが生じた面内方向位置が複数のＦＲＰ層にわたって揃っている場合を定義している。その結果、上記（１４）の方法によれば、そのようなうねりパターンの候補に対応するうねりの分布状況をうねりモデル内で適切にモデル化することができる。
【発明の効果】
【００４５】
以上より、本発明に係る幾つかの実施形態によれば、実物のＦＲＰ複合材や試験片に対する各種試験を行う必要が無い数値解析のみにより、ＦＲＰ層内の繊維の形状不整（特に、繊維のうねり）に起因する強度低下を考慮して、ＦＲＰ複合材の破壊強度を適切に評価する方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の幾つかの実施形態に係る破壊強度評価装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の幾つかの実施形態に係る破壊強度評価装置による評価対象となる複合材の構造を例示する図である。
【図３】うねり状態を記述するうねりパターンの幾つかの例を示す図である。
【図４】うねり状態を記述するうねりパラメータの例を示す図である。
【図５】複数のうねりモデルに対する破壊判定結果からうねりパラメータの許容範囲を算出する様子を示す図である。
【図６】本発明の幾つかの実施形態に従って実行される破壊評価方法の処理フローを示すフローチャートである。
【図７】さらに別の実施形態に係る破壊強度評価装置の構成を示す図である。
【図８】複合材の端面画像を撮影装置により撮影する様子を示す図である。
【図９】撮影装置により撮影した複合材の端面画像の例を示す図である。
【図１０】さらに別の実施形態に従って実行される破壊評価方法の処理フローを示すフローチャートである。
【図１１】さらに別の実施形態に係る破壊強度評価装置の構成を示す図である。
【図１２】さらに別の実施形態に従って実行される破壊評価方法の処理フローを示すフローチャートである。
【図１３】複合材に対して超音波探傷装置またはＸ線スキャナ装置により非破壊検査を実施する様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００４８】
以下、ＦＲＰ層を積層して成る複合材の破壊強度を本発明の幾つかの実施形態に従って評価するための装置１００について図１乃至図５を参照しながら説明する。図１は、幾つかの実施形態に従い、ＦＲＰ層内の繊維の一部にうねりが生じることによりＦＲＰ複合材の強度が低下した場合でもＦＲＰ複合材の破壊強度を高精度に評価することが可能な破壊強度評価方法を実施可能な装置１００の構成を示す。図１に示す破壊強度評価装置１００は、本発明の幾つかの実施形態に係る破壊強度評価方法をソフトウェア・プログラムとして実装し、当該ソフトウェア・プログラムをコンピュータ上に読み込んで実現される。
【００４９】
また、図１に示す装置１００によって破壊強度を評価する際の評価対象となる複合材の一例を図２に示す。図２を参照すると、繊維強化型複合材（ＦＲＰ複合材）２０は、繊維強化型プラスティック材（ＦＲＰ：Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）を素材として板状に形成されたＦＲＰ層２２（２２（ａ）〜２２（ｎ））を数枚〜数十枚積層してオートクレーブで焼成して製造される。ＦＲＰは、高い強度と弾性率を持つガラス繊維や炭素繊維などである強化繊維２１に樹脂を含浸させて固化させたものである。つまり、複合材２０は、繊維強化型プラスティックで形成された複数のＦＲＰ層２２（２２（ａ）〜２２（ｎ））を面外方向に積層させて形成される。そして、以下において後述する本発明の幾つかの実施形態においては、ＦＲＰ層２２（２２（ａ）〜２２（ｎ））内を面内方向に延びる多数の繊維２１の一部がうねりを有している。なお、ＦＲＰ層２２内において生じた繊維２１のうねりの程度や状態は以下において後述するうねり状態としてモデル化される。
【００５０】
再び図１を参照すると、図２に例示するＦＲＰ複合材２０の破壊強度を評価するための装置１００は、以下において後述するうねり状態の複数の候補をうねり状態候補として複数生成するうねり状態候補生成部１１０と、ＦＲＰ複合材２０を表現するモデルｍ（ｍ（１）〜ｍ（Ｎ））に対して行われる応力解析において設定すべき荷重条件を設定する荷重条件設定部１２０を備える。また、装置１００は、うねり状態候補生成部１１０が出力するうねり状態候補を受け取り、ＦＲＰ複合材２０を表現するモデルｍ（ｍ（１）〜ｍ（Ｎ））を作成するモデル作成部１３０と、破壊強度を評価するために必要な応力解析をモデルｍ（ｍ（１）〜ｍ（Ｎ））の上で実行する応力解析部１４０を備える。また、装置１００は、応力解析部１４０が出力する応力解析結果を受け取り、当該応力解析結果に基づいてモデルｍ（ｍ（１）〜ｍ（Ｎ））によって表現されるＦＲＰ複合材２０の破壊強度を評価するためのＦＲＰ複合材２０の破壊強度を評価する破壊強度評価部１５０を備える。
【００５１】
以下、装置１００を構成するうねり状態候補生成部１１０、荷重条件設定部１２０、モデル作成部１３０、応力解析部１４０および破壊強度評価部１５０の役割について述べる。まず、うねり状態候補生成部１１０は、複数のうねり状態候補を生成する機能部であり、複数のうねり状態候補は、ＦＲＰ複合材２０の内部に含まれる繊維の一部に生じる可能性のある多種多様なうねりの状態をそれぞれ記述する。その際、以下において後述するようにうねり状態候補の各々は、個々のうねりの形状や寸法およびうねりの分布状況などの形でＦＲＰ複合材２０の内部に含まれる繊維のうねり状態を記述する。
【００５２】
荷重条件設定部１２０は、ＦＲＰ複合材２０を表現するモデルｍに対して行われる応力解析においてＦＲＰ複合材２０に作用すると想定される荷重ベクトルの方向や大きさ等を荷重条件として設定する。その際、ＦＲＰ複合材２０に作用すると想定される荷重ベクトルの方向や大きさ等は、複数のＦＲＰ層を積層してなるＦＲＰ複合材２０に設定される３次元座標を基準に設定され、この３次元座標はＦＲＰ複合材２０の積層方向、各々のＦＲＰ層における繊維配向方向を基準として設定される。
【００５３】
また、モデル作成部１３０は、それぞれ異なるうねり状態を有するＦＲＰ複合材２０を表現する複数の異なるうねりモデルｍ（１）〜ｍ（Ｎ）を作成する。また、応力解析部１４０は、複数のうねりモデルｍ（１）〜ｍ（Ｎ）に作用させる荷重の大きさを変えながら複数のうねりモデルｍ（１）〜ｍ（Ｎ）の上で応力解析をそれぞれ行う。また、破壊強度強化部１５０は、複数のうねりモデルｍ（１）〜ｍ（Ｎ）について破壊強度をそれぞれ評価する。
【００５４】
さらに、破壊強度評価部１５０は、以下において後述する破壊判定部１５１およびうねり許容範囲決定部１５２を含んで構成される。ここで、破壊判定部１５１は、複数のうねりモデルｍ（１）〜ｍ（Ｎ）についての応力解析の結果に対し、複数の異なる破壊モードにそれぞれ対応する複数の破壊則Ｒ（１）〜Ｒ（Ｍ）を適用することにより破壊判定を行うように構成されている。また、うねり許容範囲決定部１５２は、複数のうねりモデルｍ（１）〜ｍ（Ｎ）の中のいずれが上記破壊判定により非破壊と判定されたかに基づいて、うねり状態の許容範囲を決定するように構成されている。
【００５５】
例示的な一実施形態では、ＦＲＰ複合材２０内部の繊維の一部に生じる可能性のある多種多様なうねりの状態をモデル化する「うねり状態」は、以下において後述するうねりパターンとうねりパラメータにより記述される。うねりパターンは、ＦＲＰ複合材２０の面外方向にわたって分布する繊維２１のうねりの分布状況を表現するのに対して、うねりパラメータは、個々の繊維２１のうねりの形状および寸法を表す。ここで、うねりパターンの複数の候補がそれぞれ表現するＦＲＰ複合材２０内のうねりの分布状況の幾つかの具体例を図３に示す。
【００５６】
図３（Ａ）〜図３（Ｅ）に示す５種類のうねりパターンの候補は、以下のようなうねり分布パターンに対応する。すなわち、このうねり分布パターンにおいては、各々のＦＲＰ層２２内において面外方向に生じた繊維２１のうねりが複数のＦＲＰ層２２にわたって上下同じ向きに重なり合っている。さらに、このうねり分布パターンにおいては、各々のＦＲＰ層２２内の繊維２１にうねりが生じた面内方向位置が複数のＦＲＰ層２２にわたって揃っている。他方、図３（Ｆ）および図３（Ｇ）に示す２種類のうねりパターンの候補は、以下のようなうねり分布パターンに対応する。すなわち、このうねり分布パターンにおいては、複数のＦＲＰ層２２が積層された面外方向に沿ってＦＲＰ層２２内の繊維２１の層が開口することで、ＦＲＰ層２２内に繊維が含まれない樹脂溜り２５が形成されている。
【００５７】
続いて、うねりパラメータの具体例について以下のとおり説明する。幾つかの例においては、うねりパラメータは、繊維２１のうねりの形状を表すための形状関数を識別する形状関数パラメータを含むと共に、当該形状関数が定めるうねり形状における一つ以上の寸法を記述するための種々の寸法パラメータを含んでいてもよい。このようにすることで、上述した形状関数パラメータによってうねりの形状を表すための形状関数を規定し、当該形状関数が定めるうねり形状における一つ以上の寸法を上述した寸法パラメータで規定することで、うねりの形状と寸法を一意に特定することが可能となる。そして、うねりパラメータを上記のように定義することで、個々の繊維のうねりの形状と寸法を数学的に単純化されたモデルのみを使用して一意に特定することが可能となる。
【００５８】
例えば、うねりの形状を表すための形状関数を正弦波関数とするならば、正弦波関数が表すＳｉｎｅカーブの波長と振幅を寸法パラメータで規定すれば、個々の繊維のうねりの形状と寸法を一意に特定することができる。また、例えば、うねりの形状を表すための形状関数を台形関数とするならば、台形の底辺と高さに加えて台形の左右の辺の傾斜角度を寸法パラメータで規定すれば、台形関数が表す台形波形が一意に規定されるので、個々の繊維のうねりの形状と寸法を一意に特定することができる。
【００５９】
この実施形態では、ＦＲＰ複合材２０の設計時において繊維２１が面内方向に沿って配向される場合の繊維配向面を基準面とするならば、上述した寸法パラメータは、以下のようなパラメータを含んでいてもよい。例えば、うねりが生じた区間の基準面に沿った長さを識別する区間長パラメータＬおよびうねりが生じた区間において、繊維２１が基準面から面外方向に最も離間した位置における離間幅を識別する高さパラメータＨを含んでいてもよい。また、うねりが生じた区間において、繊維２１の向きがうねりにより基準面から面外方向に傾斜した場合の傾斜角度を識別するための角度パラメータθを含んでいてもよい。また、複数のＦＲＰ層２２が積層された面外方向における繊維２１のうねりの位置を識別するための積層方向位置パラメータを含んでいてもよい。
【００６０】
図４は、繊維２１のうねりの形状を表すための形状関数を正弦波関数とした場合の寸法パラメータの例を示す。図４に示すように、うねりの形状を表す正弦波の波長はうねり長さＬで表され、これは上述した寸法パラメータのうち、区間長パラメータＬに相当する。また、うねりの形状を表す正弦波の振幅はうねり高さＨで表され、これは上述した寸法パラメータのうち、高さパラメータＨに相当する。また、うねりの形状を表す正弦波の特定の位相における接線が基準面との間に成す角度はうねり角度θで表され、これは上述した寸法パラメータのうち、角度パラメータθに相当する。
【００６１】
また、例示的な実施形態では、うねり状態候補生成部１１０は、うねり状態の各候補にうねりパターンの一つの候補とうねりパラメータの一つの候補が含まれるようにうねり状態の複数の候補を生成し、モデル作成部１３０に出力する。その際、うねり状態候補生成部１１０は、同一のうねり状態候補に含まれるうねりパターンの候補とうねりパラメータの候補が互いに整合するように複数のうねり状態候補を生成する。その結果、この実施形態では、うねり状態候補生成部１１０からうねり状態の候補を受け取ったモデル作成部１３０は、うねりパターンの候補および当該うねりパターンの候補と整合するうねりパラメータの候補を使用して複数のうねりモデルｍ（１）〜ｍ（Ｎ）を作成する。
【００６２】
例示的な一実施形態では、モデル作成部１３０は、以下のようにして複数のうねりモデルｍ（１）〜ｍ（Ｎ）を作成するように構成されてもよい。まず、モデル作成部１３０は、各々のＦＲＰ層２２をソリッド要素でモデル化し、面外方向に積層された複数のＦＲＰ層２２間の境界面を粘着要素でモデル化する。最後に、モデル作成部１３０は、これらのソリッド要素と粘着要素を組み合わせた上で、うねりパターンとうねりパラメータを反映させることで複数のうねりモデルｍ（１）〜ｍ（Ｎ）を作成する。
【００６３】
このようにして作成されたうねりモデルｍ（１）〜ｍ（Ｎ）が、応力解析部１４０に出力されると、応力解析部１４０は、最初に、図１に示す装置１００の外部からＦＲＰ複合材２０を構成する繊維２１と樹脂材についての材料特性パラメータを受け取る（図１のＤｉｎ）。この材料特性パラメータは、ＦＲＰ複合材２０を構成する繊維２１と樹脂材についてのヤング率、ポアソン比、せん断弾性係数またはその他のパラメータを含む。この材料特性パラメータの値は、ＦＲＰ複合材２０の多数の試験用サンプルの中から繊維２１にうねりが無いサンプルを抽出し、このサンプルに対して単軸引張／圧縮試験や曲げ試験などの基礎材料試験を行うことで事前に実測値として得られているものである。
【００６４】
続いて、応力解析部１４０は、荷重条件設定部１２０によって設定された荷重条件の下で、上記の材料特性パラメータの値に基づいて、うねりモデルｍ（１）〜ｍ（Ｎ）に対して有限要素法による応力解析を実行するように構成されてもよい。その際、応力解析部１４０は、複数のうねりモデルｍ（１）〜ｍ（Ｎ）に作用させる荷重の大きさを設定された荷重条件に従って変えながら複数のうねりモデルｍ（１）〜ｍ（Ｎ）の上で応力解析をそれぞれ行う。続いて、応力解析部１４０は、うねりモデルｍ（１）〜ｍ（Ｎ）の上で実行した応力解析の結果を破壊強度評価部１５０に出力する。
【００６５】
破壊強度評価部１５０が上記の応力解析の結果を受け取ると、破壊判定部１５０は、うねりモデルｍ（１）〜ｍ（Ｎ）の上で応力解析をそれぞれ実行して得られた応力解析結果Ｃ（１）〜Ｃ（Ｎ）に対して複数の破壊モードにそれぞれ対応した破壊則Ｒ（１）〜Ｒ（Ｍ）を適用する。その結果、うねりモデルｍ（１）〜ｍ（Ｎ）のいずれが荷重条件設定部１２０によって設定された荷重条件の下で破壊に至るかが破壊則Ｒ（１）〜Ｒ（Ｍ）を基準として判定される。つまり、破壊判定部１５１は、複数のうねりモデルｍ（１）〜ｍ（Ｎ）についての応力解析の結果に対し、複数の異なる破壊モードにそれぞれ対応する複数の破壊則Ｒ（１）〜Ｒ（Ｍ）を適用することにより破壊判定を行う。続いて、うねり許容範囲決定部１５２は、複数のうねりモデルｍ（１）〜ｍ（Ｎ）の中のいずれが上記破壊判定により非破壊と判定されたかに基づいて、うねりパラメータの許容範囲を決定する。
【００６６】
ところで、うねりモデルｍ（１）〜ｍ（Ｎ）のいずれが荷重条件設定部１２０によって設定された荷重条件の下で破壊に至るかを判定する基準となる複数の破壊則Ｒ（１）〜Ｒ（Ｍ）の具体例には、以下のように最大応力説に基づく破壊則が含まれてもよい。まず、ＦＲＰ複合材２０内部において繊維２１の配向方向に沿って荷重力が作用する場合の破壊モードに対応する破壊則として以下の式で表されるものが含まれてもよい。
【数１】
2018063119.tif 000003
【００６７】
上記の不等式が成り立つ場合にＦＲＰ複合材２０は非破壊と判定される。上記の不等式においてσ１１は、ＦＲＰ複合材２０内部において繊維２１の配向方向に沿って荷重力が作用した場合の当該荷重力に対する応力の大きさを表し、Ｓ１１Ｔは、繊維２１の配向方向に沿って引っ張り荷重力が作用した場合におけるＦＲＰ複合材２０の引っ張り方向への材料強度である。また、Ｓ１１Ｃは、繊維２１の配向方向に沿って圧縮荷重力が作用した場合におけるＦＲＰ複合材２０の圧縮荷重方向への材料強度である。
【００６８】
ＦＲＰ複合材２０内部において繊維２１の配向方向と直交する向きに荷重力が作用する場合の破壊モードに対応する破壊則として以下の式で表されるものがある。
【数２】
2018063119.tif 000004
【数３】
2018063119.tif 000005
【００６９】
上記の不等式が成り立つ場合にＦＲＰ複合材２０は非破壊と判定される。上記の不等式においてσ２２は、ＦＲＰ複合材２０内部においてＦＲＰ層２２の面内方向に作用する荷重力のうち、繊維２１の配向方向と直交する向きに作用する荷重力に対する応力の大きさを表し、Ｓ２２Ｔは、この荷重力の方向に沿って引っ張り力が作用した場合におけるＦＲＰ複合材２０の引っ張り方向への材料強度である。また、Ｓ２２Ｃは、この荷重力の方向に沿って圧縮荷重力が作用した場合におけるＦＲＰ複合材２０の圧縮荷重方向への材料強度である。また、Ｓ３３Ｔは、繊維２１の配向方向と直交する面外方向（ＦＲＰ層２２の厚み方向）に沿って引っ張り荷重力が作用した場合におけるＦＲＰ複合材２０の引っ張り方向への材料強度である。また、Ｓ３３Ｃは、この面外方向（ＦＲＰ層２２の厚み方向）に沿って圧縮荷重力が作用した場合におけるＦＲＰ複合材２０の圧縮荷重方向への材料強度である。
【００７０】
また、ＦＲＰ複合材２０内部においてせん断方向に沿って荷重力が作用する場合の破壊モードに対応する破壊則として以下の式で表されるものがある。
【数４】
2018063119.tif 000006
上記の不等式が成り立つ場合にＦＲＰ複合材２０は非破壊と判定される。上記式において、σ１２は面内方向に沿ったせん断力に対する応力を表し、σ２３およびσ１３は面外方向（ＦＲＰ層２２の厚み方向）に沿ったせん断力に対する応力を表す。また、上記式において、Ｓ１２は面内方向に沿ったせん断力に対するＦＲＰ複合材２０の材料強度を表し、Ｓ２３およびＳ１３は面外方向（ＦＲＰ層２２の厚み方向）に沿ったせん断力に対するＦＲＰ複合材２０の材料強度を表す。
【００７１】
複数の破壊則Ｒ（１）〜Ｒ（Ｍ）の具体例には、２乗則に基づく破壊則が含まれてもよい。２乗則は、上下に積層されたＦＲＰ層２２間で層間剥離が引き起こされる場合の３種類の破壊モードである破壊モードＩ、破壊モードＩＩおよび破壊モードＩＩＩに対応した破壊則であり、以下の式で表される。
【数５】
2018063119.tif 000007
上記の不等式が成り立つ場合にＦＲＰ複合材２０は非破壊と判定される。上記式において＜＞はＭａｃａｕｌａｙの括弧であり、σＩ、σＩＩおよびσＩＩＩは、破壊モードＩ、破壊モードＩＩおよび破壊モードＩＩＩに対応した応力を表す。また、ＳＩ、ＳＩＩおよびＳＩＩＩは、破壊モードＩ、破壊モードＩＩおよび破壊モードＩＩＩに対応したＦＲＰ複合材２０の材料強度を表す。
【００７２】
なお、うねりモデルｍ（１）〜ｍ（Ｎ）のいずれが破壊に至るかを判定する基準となる複数の破壊則Ｒ（１）〜Ｒ（Ｍ）の具体例には、上述した最大応力説に基づく破壊則や２乗則に基づく破壊則の他に、Ｔｓａｉ−Ｗｕ則、Ｈａｓｈｉｎ則、Ｐｕｃｋ則、ＬａＲＣ則なども含まれ得る。
【００７３】
続いて、図１に示すうねり許容範囲決定部１５２がうねりパラメータの値の許容範囲を決定する動作の具体例について説明する。図５は、うねり許容範囲決定部１５２によって決定されたうねり状態の許容範囲の一例を示す。図５には、うねりパラメータのうち、うねりの高さに相当する高さパラメータＬを縦軸とし、うねりの角度に相当する角度パラメータθを横軸とする２次元座標で表された２次元プロット平面が示されている。図５に示す２次元プロット平面上にプロットされた丸印とバツ印の各々は、複数のうねりモデルｍ（１）〜ｍ（Ｎ）の各々に対応する。ここで、図５に示す丸印は、破壊判定部１５１によって破壊に至らない（非破壊）と判定されたうねりモデルに対応し、図５に示すバツ印は、破壊判定部１５１によって破壊に至ると判定されたうねりモデルに対応している。
【００７４】
以上より、図５に示す例では、丸印だけを包含する領域として図５に示す２次元プロット平面上に示された領域が、高さパラメータＬと角度パラメータθから成るパラメータ対の許容範囲を表している。従って、図５に例示する実施形態によれば、ＦＲＰ複合材２０内部に生じ得る繊維２１のうねり高さＬとうねり角度θがどの程度までなら必要な破壊強度を確保できるかを規定する許容範囲をうねり高さＬとうねり角度θの対で表される２次元的な範囲ε（Ｌ，θ）として決定し、図１に示す出力Ｄｏｕｔとして外部に出力することができる。その結果、この実施形態によれば、ＦＲＰ層２２内で一部の繊維２１に生じたうねり高さＬとうねり角度θの大きさが上記のように決定した許容範囲ε（Ｌ，θ）内に収まるか否かに基づいて、ＦＲＰ複合材２０の製造時における品質管理を行うことが容易となる。
【００７５】
次に、図１に示す装置１００がＦＲＰ複合材２０の破壊強度を評価するために実行する破壊強度評価方法の処理の流れを図６のフローチャートに沿って説明する。図６のフローチャートは、ステップＳ５０１から開始し、荷重条件設定部１２０は、ＦＲＰ複合材２０の応力解析を行う際に設定する必要のある荷重条件を設定する。続いて、処理はステップＳ５０２に進み、うねり状態候補生成部１１０は、繊維２１にうねりが生じたＦＲＰ複合材２０を表現するうねりモデルｍ（ｉ）に反映するべきうねりパターンの候補を生成する。続いて、処理はステップＳ５０３に進み、うねり状態候補生成部１１０は、繊維２１にうねりが生じたＦＲＰ複合材２０を表現する複数のうねりモデルｍ（ｉ）に反映するべきうねりパラメータの候補を生成する。
【００７６】
続いて、処理はステップＳ５０４に進み、うねり状態候補生成部１１０からうねりパターンとうねりパラメータの候補を受け取ったモデル作成部１３０は、うねりパターンとうねりパラメータの候補をそれぞれ反映させた複数のうねりモデルｍ（ｉ）を作成する。続いて、処理はステップＳ５０５に進み、モデル作成部１３０により作成されたうねりモデルｍ（ｉ）を受け取った応力解析部１４０は、以下の動作を行う。まず、繊維２１にうねりが生じていないＦＲＰ複合材２０のサンプルに対する基礎材料試験を事前に行うことによって実測され（図６のステップＳ５１１）、外部から入力されたＦＲＰ複合材２０に関する材料特性パラメータの値を受け取る（図６のステップＳ５１２）。続いて、荷重条件設定部１２０によって設定された荷重条件の下で、うねりモデルｍ（ｉ）に対して有限要素法による応力解析を実行する。
【００７７】
続いて、処理はステップＳ５０６に進み、うねりモデルｍ（ｉ）に対する応力解析の結果を応力解析部１４０から受け取った破壊強度評価部１５０は、以下の動作を行う。まず、外部から入力されたＦＲＰ複合材２０に関する材料特性パラメータの値を受け取る（図６のステップＳ５１２）。続いて、複数の破壊モードに対応する複数の破壊則Ｒ（１）〜Ｒ（Ｍ）を設定する（図６のステップＳ５１３）。続いて、破壊強度評価部１５０内の破壊判定部１５１は、材料特性パラメータの値に基づいて、複数のうねりモデルｍ（ｉ）に対する応力解析の結果Ｃ（ｉ）に対して複数の破壊則Ｒ（１）〜Ｒ（Ｍ）を適用することによる破壊判定を実行する。その結果、うねりモデルｍ（ｉ）について上述した荷重条件の下で破壊に至るか否かを表す破壊判定結果Ｄ（ｉ）が得られる。
【００７８】
続いて、処理は判断ステップＳ５０７に進み、うねりモデルｍ（ｉ）についての破壊判定結果Ｄ（ｉ）が非破壊判定（破壊に至らないとの判定）を表すならば、処理はステップＳ５０８に進み、非破壊と判定されたうねりモデルｍ（ｉ）に含まれるうねりパラメータの候補を許容可能なパラメータ候補に分類する。逆に、うねりモデルｍ（ｉ）についての破壊判定結果Ｄ（ｉ）が破壊判定（破壊に至るとの判定）を表すならば、処理はステップＳ５１４に進み、非破壊と判定されたうねりモデルｍ（ｉ）に含まれるうねりパラメータの候補を許容できないパラメータ候補に分類する。
【００７９】
続いて、処理はステップＳ５０９に進み、破壊強度評価部１５０は、うねりパラメータの候補について許容可能なパラメータ候補と許容できないパラメータ候補との間の境界を明確に画定するために充分な個数の破壊判定結果が得られているかを判断する。得られた破壊判定結果の個数が許容可能なパラメータ候補と許容できないパラメータ候補との間の境界を明確に画定するために不充分である場合には、図６のフローチャートの処理はステップＳ５０３に戻る。図６のフローチャートの処理がステップＳ５０３に戻ると、ステップＳ５０２で生成されたうねりパターンの候補を基に新たなうねりパラメータの候補が生成され、当該新たなうねりパラメータを用いてステップＳ５０４で新たなうねりモデルｍ（ｉ＋１）がモデル作成部１３０により作成される。そして、新たなうねりモデルｍ（ｉ＋１）に基づいてステップＳ５０５〜ステップＳ５０９までの上述した処理が繰り返し実行される。逆に、破壊判定結果の個数が許容可能なパラメータ候補と許容できないパラメータ候補との間の境界を明確に画定するために充分である場合には、図６のフローチャートの処理はステップＳ５１０に進み、うねり許容範囲決定部１５２により許容可能なうねりパラメータの範囲を決定してフローチャートの実行を終える。
【００８０】
以上のように、図１〜図６を参照しながら上述した実施形態において実行される破壊強度評価方法は、うねり状態の複数の候補をそれぞれ反映させた複数のうねりモデルｍ（１）〜ｍ（Ｎ）をランダムに生成し、応力解析と破壊判定を行う。そして、当該破壊強度評価方法では、非破壊と判定されたうねりモデルに対応するうねり状態の候補からうねり状態の許容範囲を求めていた。つまり、図１〜図６を参照しながら上述した破壊強度評価方法は、ＦＲＰ複合材２０の試験用サンプルを試作することなく、ランダムに生成した多数のうねりモデルに対する数値解析シミュレーションによりうねり状態の許容範囲を純粋に理論的に予測するものであった。
【００８１】
これに対して、図７〜図１５を用いて後述する実施形態に係る破壊強度評価方法では、実機として作成されたＦＲＰ複合材２０について数値解析により破壊強度を評価するために、複数の異なる破壊モードにそれぞれ対応する複数の破壊則Ｒ（１）〜Ｒ（Ｍ）を少なくとも一つのうねりモデルｍ（ｊ）についての応力解析結果に適用している。従って、この破壊強度評価方法によれば、ＦＲＰ複合材２０の実機について数値解析により破壊強度を評価するために、層間剥離に対応する破壊モードのみならず、ＦＲＰ複合材２０の破壊を引き起こし得る他の様々な破壊モードを考慮して破壊強度を評価することが可能である。
【００８２】
図７は、幾つかの実施形態に従い、繊維２１の一部にうねりが生じたＦＲＰ複合材２０の破壊強度を高精度に評価することが可能な破壊強度評価方法を実施可能なさらに別の装置２００の構成を示す。図７に示す破壊強度評価装置２００は、図７〜図１０を用いて後述する破壊強度評価方法をソフトウェア・プログラムとして実装し、当該ソフトウェア・プログラムをコンピュータ上に読み込んで実現される装置であってもよい。以下、図７〜図１０を参照しながら破壊強度評価装置２００の構成と動作について詳しく説明する。
【００８３】
図７に示す装置２００は、以下の点で図１に示した装置１００と異なる構成を有する。まず、装置２００は、画像認識部２６０を備え、画像認識部２６０は、装置２００の外部に設けた端面画像撮影装置５００と接続されている。また、図１に示す装置１００におけるうねり状態候補生成部１１０は、図２に示す装置２００では、うねり状態分析部２１０に置き換えられており、モデル作成部２３０は、うねり状態分析部２１０が分析によって推定したうねりパターンとうねりパラメータの候補を受け取って複数のうねりモデルｍを作成するように構成されている。また、図２に示す装置２００では、破壊強度評価部２５０は、単一のうねりモデルｍについての破壊判定結果を算出するだけであり、うねり状態の許容範囲の決定は行わない。
【００８４】
以下、図７に示す装置２００を構成する各部の機能と役割について説明する。図７に示す端面画像撮影装置５００と接続された画像認識部２６０は、ＦＲＰ複合材２０の内部状態を計測して得られる計測結果を取得する手段である。具体的には、画像認識部２６０は、ＦＲＰ複合材２０’の端部断面を端面画像撮影装置５００により撮影して得られる断面観察画像を画像認識することによってＦＲＰ複合材２０の内部状態を計測し、うねり状態分析部２１０に出力する計測手段として構成される。例えば、端面画像撮影装置５００として、図８には、カメラまたは光学顕微鏡であってもよい２台の撮影装置５０１および５０２が示されている。図８に示すように、撮影装置５０１は、方向ｄ１から見たＦＲＰ複合材２０’の端部断面を撮影するように配置され、撮影装置５０２は、方向ｄ２から見たＦＲＰ複合材２０’の端部断面を撮影するように配置されている。また、端面画像撮影装置５００により撮影されたＦＲＰ複合材２０’の端部断面の画像の例を図９（Ａ）と図９（Ｂ）に示す。
【００８５】
画像認識部２６０からＦＲＰ複合材２０’の内部状態の計測結果を受け取ったうねり状態分析部２１０は、ＦＲＰ複合材２０’の内部がどのようなうねり状態に対応するかを分析する。この場合におけるうねり状態は、ＦＲＰ複合材２０’の面外方向にわたって分布する繊維２１’のうねりの分布状況を表現するうねりパターンおよび個々の繊維２１’のうねりの形状および寸法を表すうねりパラメータにより記述される。
【００８６】
より具体的には、うねり状態分析部２１０は、まず、画像認識部２６０からＦＲＰ複合材２０の内部状態の計測結果を画像認識結果として受け取る。続いて、うねり状態分析部２１０は、画像認識結果として受け取った当該計測結果からＦＲＰ複合材２０’の面外方向にわたって分布する繊維２１’のうねりの分布状況がうねりパターンの複数の候補のいずれに該当するかを検出する。例えば、端面画像撮影装置５００により撮影されたＦＲＰ複合材２０’の端部断面の画像が図９（Ｂ）のようであった場合、図９（Ｂ）には、繊維層が上下に開口してできた樹脂溜りが観察されるので、画像認識部２６０から受け取った画像認識結果は、図３（Ｇ）に示したうねりパターンに該当することが理解できる。また、うねり状態分析部２１０は、上記のように検出されたうねりパターンの候補が表す繊維２１’のうねりの分布状況を個々の繊維２１’のうねりの形状および寸法に展開することにより、個々の繊維２１’のうねりの形状および寸法を表すうねりパラメータの候補を推定するように構成される。従って、この実施形態によれば、実際に計測された複合材の内部状態がどのようなうねりパターンに該当するかのみを検出できれば、当該うねりパターンが表すうねり分布を個々の繊維のうねりに展開することで、個々の繊維についてのうねりパラメータを効率的に推定することができる。
【００８７】
また、モデル作成部２３０は、ＦＲＰ複合材２０の内部状態を計測して得られる計測結果に基づいて、うねり状態を有するＦＲＰ複合材２０を表現する少なくとも一つのうねりモデルを作成する。具体的には、モデル作成部２３０は、ＦＲＰ複合材２０の端部断面を端面画像撮影装置５００により撮影して得られる断面観察画像を画像認識部２６０が画像認識することによってＦＲＰ複合材２０の内部状態の計測結果を得る。そして、モデル作成部２３０は、そのようにして画像認識結果として得られたＦＲＰ複合材２０の内部状態の計測結果から、うねり状態を有するＦＲＰ複合材２０を表現する少なくとも一つのうねりモデルｍを作成する。
【００８８】
モデル作成部２３０から少なくとも一つのうねりモデルｍを受け取った応力解析部２５０は、少なくとも一つのうねりモデルｍに所定の荷重条件に基づく荷重を作用させてうねりモデル上で応力解析を行うように構成される。また、応力解析部２４０から上記応力解析の結果Ｃを受け取った破壊強度評価部２５０は、少なくとも一つのうねりモデルｍについて破壊強度を評価するように構成される。具体的には、破壊強度評価部２５０は、少なくとも一つのうねりモデルｍについての上記応力解析の結果Ｃに、複数の異なる破壊モードにそれぞれ対応する複数の破壊則Ｒ（１）〜Ｒ（Ｍ）を適用することにより破壊判定を行い、出力Ｄｏｕｔとして外部に出力するように構成される。
【００８９】
次に、図７に示す装置２００がＦＲＰ複合材２０’の破壊強度を評価するために実行する破壊強度評価方法の処理の流れを図１０のフローチャートに沿って説明する。図１０のフローチャートは、ステップＳ７０１から開始し、荷重条件設定部１２０は、ＦＲＰ複合材２０’の応力解析を行う際に設定する必要のある荷重条件を設定する。例えば、荷重条件設定部１２０は、ＦＲＰ複合材２０’の端部断面を観察することで特定されるうねりの発生位置に作用する荷重を想定し、当該想定の結果に基づいて応力解析において設定すべき荷重条件を決定する。続いて、処理はステップＳ７０２に進み、画像認識部２６０は、ＦＲＰ複合材２０’の端部断面を端面画像撮影装置５００により撮影して得られる断面観察画像を画像認識することによってＦＲＰ複合材２０の内部状態を計測し、うねり状態分析部２１０に出力する。
【００９０】
続いて、処理はステップＳ７０３に進み、うねり状態分析部２１０は、画像認識部２６０から受け取った画像認識結果からＦＲＰ複合材２０’の面外方向にわたって分布する繊維２１’のうねりの分布状況がうねりパターンの複数の候補のいずれに該当するかを検出する。続いて、うねり状態分析部２１０は、上記のように検出されたうねりパターンの候補が表す繊維２１’のうねりの分布状況を個々の繊維２１’のうねりの形状および寸法に展開することにより、個々の繊維２１’のうねりの形状および寸法を表すうねりパラメータの候補を推定する。
【００９１】
続いて、処理はステップＳ７０４に進み、うねり状態分析部２１０からうねりパターンとうねりパラメータの候補を受け取ったモデル作成部２３０は、うねりパターンとうねりパラメータの候補をそれぞれ反映させた複数のうねりモデルｍを作成する。続いて、処理はステップＳ７０５に進み、モデル作成部２３０により作成されたうねりモデルｍ（ｉ）を受け取った応力解析部２４０は、以下の動作を行う。まず、繊維２１’にうねりが生じていないＦＲＰ複合材２０’のサンプルに対する基礎材料試験を事前に行うことによって実測され（図１０のステップＳ７０９）、外部から入力されたＦＲＰ複合材２０’に関する材料特性パラメータの値を受け取る（図１０のステップＳ７１０）。続いて、荷重条件設定部１２０によって設定された荷重条件の下で、うねりモデルｍに対して有限要素法による応力解析を実行する。
【００９２】
続いて、処理はステップＳ７０６に進み、うねりモデルｍに対する応力解析の結果を応力解析部２４０から受け取った破壊強度評価部２５０は、以下の動作を行う。まず、外部から入力されたＦＲＰ複合材２０’に関する材料特性パラメータの値を受け取る（図６のステップＳ７１０）。続いて、複数の破壊モードに対応する複数の破壊則Ｒ（１）〜Ｒ（Ｍ）を設定する（図６のステップＳ７１１）。続いて、破壊強度評価部１５０内の破壊判定部１５１は、材料特性パラメータの値に基づいて、複数のうねりモデルｍに対する応力解析の結果Ｃに対して複数の破壊則Ｒ（１）〜Ｒ（Ｍ）を適用することによる破壊判定を実行する。その結果、うねりモデルｍについて上述した荷重条件の下で破壊に至るか否かを表す破壊判定結果Ｄが得られる。
【００９３】
続いて、処理は判断ステップＳ７０７に進み、うねりモデルｍについての破壊判定結果Ｄが非破壊判定（破壊に至らないとの判定）を表すならば、処理はステップＳ７０８に進み、非破壊と判定されたうねりモデルｍに含まれるうねりパラメータの候補を許容可能なパラメータ候補に分類する。逆に、ねりモデルｍについての破壊判定結果Ｄが破壊判定（破壊に至るとの判定）を表すならば、処理はステップＳ７１２に進み、非破壊と判定されたうねりモデルｍに含まれるうねりパラメータの候補を許容できないパラメータ候補に分類する。
【００９４】
図１１は、幾つかの実施形態に従い、繊維２１”の一部にうねりが生じたＦＲＰ複合材２０”の破壊強度を高精度に評価することが可能な破壊強度評価方法を実施可能なさらに別の装置３００の構成を示す。図１１に示す破壊強度評価装置３００は、図１１〜図１３を用いて後述する破壊強度評価方法をソフトウェア・プログラムとして実装し、当該ソフトウェア・プログラムをコンピュータ上に読み込んで実現される装置であってもよい。以下、図１１〜図１３を参照しながら破壊強度評価装置３００の構成と動作について詳しく説明する。
【００９５】
図１１に示す装置３００は、以下の点で図７に示した装置２００と異なる構成を有する。まず、図７に示した装置２００は、端面画像撮影装置５００と接続されている画像認識部２６０を備えていたのに対し、図１１に示す装置３００は、３次元信号解析部３６０を備え、３次元信号解析部３６０は、装置３００の外部に設けた非破壊検査装置６００と接続されている。
【００９６】
図１１に示す例では、非破壊検査装置６００は、ＦＲＰ複合材２０”の内部を３次元的に走査して調べるための超音波探傷装置またはＸ線スキャナ装置として構成されていてもよい。すなわち、図１１に示す装置３００では、超音波探傷装置６００を用いた超音波探傷法またはＸ線スキャナ装置を用いたＸ線ＣＴ法に従ってＦＲＰ複合材２０“の内部状態を観測するための非破壊検査が実施される。また、３次元信号解析部３６０は、ＦＲＰ複合材２０”の内部を非破壊検査装置６００により３次元的に走査して得られる信号データを３次元的に信号解析処理することによってＦＲＰ複合材２０”の内部状態を３次元的に計測し、うねり状態分析部３１０に出力する計測手段として構成される。うねり状態分析部３１０は、上記非破壊検査によって計測された信号データを３次元的に信号解析処理した結果からＦＲＰ複合材２０”の面外方向にわたって分布する繊維２１”のうねりの分布状況がうねりパターンの複数の候補のいずれに該当するかを検出するように構成される。
【００９７】
以上のように、図１１に示す装置３００では、ＦＲＰ複合材２０”に対して非破壊検査を実施し、当該非破壊検査の結果から複合材サンプルの面外方向にわたって分布する繊維２１”のうねりの分布状況がうねりパターンの複数の候補のいずれに該当するかを検出している。すなわち、この方法では、ＦＲＰ複合材２０”の内部を非破壊検査により実測した結果から複合材の内部状態がどのようなうねりパターン候補に該当するかを検出している。従って、この方法によれば、複合材を切断したり試験片を切り出したりする必要なしに、複合材内部の実際のうねり分布に該当するうねりパターン候補を特定することができる。
【００９８】
また、図７に示す装置２００のように複合材の端部断面の撮影画像を画像認識することで２次元的な内部状態を計測する場合と比べ、図１１に示す装置３００によれば、以下の追加的な技術的利点が得られる。すなわち、図１１に示す装置３００における非破壊検査では、複合材の内部状態を３次元的な状態分布として調べることができるので、複合材内部のうねり状態を平面的ではなく立体的な観点から図７に示す装置２００よりも一層高精度に推定することができる。
【００９９】
次に、図１１に示す装置２００がＦＲＰ複合材２０”の破壊強度を評価するために実行する破壊強度評価方法の処理の流れを図１２のフローチャートに沿って説明する。図１２のフローチャートは、図１０のフローチャートと以下の点のみが異なっている。図１０のフローチャートでは、ステップＳ７０２において、ＦＲＰ複合材２０’の端面画像を撮影して画像解析結果をうねり状態分析部２１０に出力する処理を行っていた。これに対し、図１２のフローチャートでは、この処理に代えて、ＦＲＰ複合材２０”に対して図１３に示すような非破壊検査を実施してＦＲＰ複合材２０”の内部状態を３次元的に計測し解析した信号解析結果をうねり状態分析部２１０に出力する処理を行う。上記相違点を除いて、図１２のフローチャートの実行手順は、図１０のフローチャートの実行手順と同様であるため説明を省略する。なお、図１３では、超音波探傷装置またはＸ線スキャナ装置として構成された非破壊検査装置６００が、ＦＲＰ複合材２０”上の点位置ｄ（ｐｏｉｎｔ）から方向ｄ（Ｓｃａｎ）に沿ってＦＲＰ複合材２０”の内部状態を３次元的に走査している様子が描かれている。
【符号の説明】
【０１００】
２０（２０’，２０”）  ＦＲＰ複合材
２１（２１’，２１”）  強化繊維
２２（２２（ａ））  ＦＲＰ層
２５  樹脂溜り
１００，２００，３００  破壊強度評価装置
１１０  うねり状態候補生成部
１２０  荷重条件設定部
１３０，２３０  モデル作成部
１４０，２４０，３４０  応力解析部
１５０，２５０，３５０  破壊強度評価部
１５１  破壊判定部
１５２  うねり許容範囲決定部
２１０，３１０  うねり状態分析部
２６０  画像認識部
３６０  ３次元信号解析部
５００（５０１，５０２）  端面画像撮影装置
６００  非破壊検査装置
【図１】
2018063119.tif 000008
【図２】
2018063119.tif 000009
【図３】
2018063119.tif 000010
【図４】
2018063119.tif 000011
【図５】
2018063119.tif 000012
【図６】
2018063119.tif 000013
【図７】
2018063119.tif 000014
【図８】
2018063119.tif 000015
【図９】
2018063119.tif 000016
【図１０】
2018063119.tif 000017
【図１１】
2018063119.tif 000018
【図１２】
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【図１３】
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