(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化樹脂材料からなる複合材料部品の剥離に起因する破壊の予兆を監視するモニタリング装置であって、
入射光をセンサー部で反射させる光ファイバー式のＦＢＧセンサーと、
前記ＦＢＧセンサーのセンサー部に入射光を発信して前記センサー部からの反射光を波長に変換する波長変換部と、
前記センサー部の反射光から変換された波長と、前記複合材料部品に荷重を印加する前の前記センサー部の反射光から変換された波長との差である波長変化量に基づいて前記剥離を検知する演算部と
を備え、
前記複合材料部品は、繊維強化樹脂材料を積層してなり、
前記ＦＢＧセンサーは、前記複合材料部品内であって積層方向と直交する方向に沿って配され、２点のセンサー部（Ｓ１，Ｓ２）における前記複合材料部品の積層方向の歪とセンサーの長手方向の歪とを検出可能な２軸タイプであり、
前記演算部は、下記（１）により算出した波長変化量Δλが閾値を下回ると、前記破壊の予兆と判定する
モニタリング装置。
Δλ＝（λ´２−λ´１）−（λ２−λ１）  ・・・・（１）
λ´２：荷重印加時のセンサー部Ｓ２の積層方向を含む反射波長
λ´１：荷重印加時のセンサー部Ｓ１の積層方向を含む反射波長
λ２  ：荷重印加前のセンサー部Ｓ２の積層方向を含む反射波長
λ１  ：荷重印加前のセンサー部Ｓ１の積層方向を含む反射波長
【請求項２】
前記演算部が前記予兆を検知する閾値は、前記複合材料部品に対して予め行った試験における破壊直前の波長変化量であり、
前記閾値を下回った場合に異常を知らせる警報手段を備える
請求項１に記載のモニタリング装置。
【請求項３】
前記閾値は、１［ｐｍ］から２０［ｐｍ］の範囲である
請求項１又は２に記載のモニタリング装置。
【請求項４】
前記閾値は、前記波長変化量を換算して５０[マイクロストレイン]から１０００[マイクロストレイン］の範囲である
請求項１又は２に記載のモニタリング装置。
【請求項５】
前記ＦＢＧセンサーは、外径２００[μｍ]以下である
請求項１〜４の何れか１項に記載のモニタリング装置。
【請求項６】
前記複合材料部品が構造体である
請求項１〜５の何れか１項に記載のモニタリング装置。
【請求項７】
前記複合材料部品は、移動体に使用される構造体である請求項１〜６の何れか１項に記載のモニタリング装置。
【請求項８】
前記ＦＢＧセンサーは、前記複合材料部品の層間から５［ｍｍ］以内の場所に埋設される
請求項１〜７の何れか１項に記載のモニタリング装置。
【請求項９】
前記ＦＢＧセンサーは、前記複合材料部品の剥離発生予測位置から５００[ｍｍ]以内の場所に埋設される
請求項１〜８の何れか１項に記載のモニタリング装置。
【請求項１０】
モニタリング装置を用いて、繊維強化樹脂材料からなる複合材料部品の剥離に起因する破壊の予兆を監視するモニタリング方法であって、
前記モニタリング装置が、請求項１〜９の何れか１項に記載のモニタリング装置である
モニタリング方法。
【請求項１１】
繊維強化樹脂材料からなる複合材料部品の剥離に起因する破壊の予兆を監視するモニタリング方法であって、
入射光をセンサー部で反射させる光ファイバー式のＦＢＧセンサーと、
前記ＦＢＧセンサーのセンサー部に入射光を発信して前記センサー部からの反射光を波長に変換する波長変換部と、
前記センサー部の反射光から変換された波長と、前記複合材料部品に荷重を印加する前の前記センサー部の反射光から変換された波長との差である波長変化量に基づいて前記剥離を検知する演算部と
を備え、
前記複合材料部品は、繊維強化樹脂材料を積層してなり、
前記ＦＢＧセンサーは、前記複合材料部品内であって積層方向と直交する方向に沿って配され、２点のセンサー部（Ｓ１，Ｓ２）における前記複合材料部品の積層方向の歪とセンサーの長手方向の歪とを検出可能な２軸タイプであり、
前記演算部は、下記（１）により算出した波長変化量Δλが閾値を下回ると、前記破壊の予兆と判定する
モニタリング方法。
Δλ＝（λ´２−λ´１）−（λ２−λ１）  ・・・・（１）
λ´２：荷重印加時のセンサー部Ｓ２の積層方向を含む反射波長
λ´１：荷重印加時のセンサー部Ｓ１の積層方向を含む反射波長
λ２  ：荷重印加前のセンサー部Ｓ２の積層方向を含む反射波長
λ１  ：荷重印加前のセンサー部Ｓ１の積層方向を含む反射波長
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂材料からなる複合材料部品に対して、剥離に起因する破壊の予兆を監視するモニタリング装置及びモニタリング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、複合材料部品は軽量かつ高強度であることから、航空機、自動車、鉄道車両、船舶、風力発電ブレード、土木、建築等の構造体に利用されている。
【０００３】
しかし、複合材料は積層して用いられることが多いため、金属等の等方性材料と比較して層間強度が低い。そのため、例えば過度な外部負荷を受けたときに層間剥離が発生し、これが起点となって致命的な破壊が進行することがある。したがって、複合材料の使用に当たっては層間剥離に注意する必要がある。特に長期にわたる使用では繰返し荷重により樹脂が徐々に劣化し、複合材料の保持する強度が低下するため、層間剥離が発生しやすい。
【０００４】
このような層間剥離は、複合材料部品の強度の著しい低下につながるために、早期に発見することが望ましいが、層間剥離は外部からの目視によって確認し難い。
【０００５】
そこで、従来は、超音波探傷装置等の非破壊検査装置を使用し、複合材料部品の健全性を定期検査により確認してきた（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−９８９２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
金属製部品の場合は、疲労による亀裂の進展はゆっくりとしたものであり、通常の定期検査で発見されてからでも遅くはない。しかし、複合材料部品の場合は層間剥離に起因した亀裂が一気に進展することがあり、定期検査では間に合わないことも考えられる。特に複合材料部品を移動体に使用する場合、定期検査前に複合材料部品に破壊が発生すると、大事故につながりかねないため、複合材料部品に対して、剥離による破壊の予兆をモニタリングすることが求められてきた。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、複合材料部品の剥離による破壊の予兆を早期に発見すべく、その剥離の前兆の振動を監視するモニタリング装置及びモニタリング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るモニタリング装置は、繊維強化樹脂材料からなる複合材料部品の剥離に起因する破壊の予兆を監視するモニタリング装置であって、前記剥離による歪を検出する歪検出手段を備えたモニタリング装置を特徴としている。
【００１０】
また、上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るモニタリング方法は、モニタリング装置を用いて、繊維強化樹脂材料からなる複合材料部品の剥離に起因する破壊の予兆を監視するモニタリング方法であって、前記剥離による歪を検出するモニタリング装置が、本発明の一態様に係るモニタリング装置であるモニタリング方法を特徴としている。
【００１１】
また、上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るモニタリング方法は、繊維強化樹脂材料からなる複合材料部品の剥離に起因する破壊の予兆を監視するモニタリング方法であって、前記破壊の予兆による歪を検出したときに前記破壊を予兆するモニタリング方法を特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一態様に係るモニタリング装置及びモニタリング方法によれば、複合材料部品の剥離による破壊の予兆を早期に発見することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一態様に係るモニタリング装置を示す概略図である。
【図２】荷重印加前の波長（λ）と信号強度（Ｉ）との関係を示すグラフ図である。
【図３】荷重印加時の波長（λ）と信号強度（Ｉ）との関係を示すグラフ図である。
【図４】正常時（剥離発生前）における試験片の厚み方向の歪による波長を示すグラフ図である。
【図５】剥離発生直前における試験片の厚み方向の歪による波長を示すグラフ図である。
【図６】剥離発生後における試験片の厚み方向の歪による波長を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜＜概要＞＞
本発明の一態様に係るモニタリング装置は、繊維強化樹脂材料からなる複合材料部品の剥離に起因する破壊の予兆を監視するモニタリング装置であって、前記剥離による歪を検出する歪検出手段を備えている。
【００１５】
本発明の一態様に係るモニタリング装置は、複合材料部品の剥離を直接的に監視するのではなく、複合材料部品の剥離が生じる予兆を監視し、その監視結果に基づいて、本来は外部から目視によって確認することのできない複合材料部品の剥離による破壊の予兆をモニタリングすることができる。
【００１６】
また、前記歪検出手段は、前記複合材料部品の歪を検出する光ファイバー式の歪センサーと、前記歪センサーのセンサー部からの反射光を波長に変換する波長変換部と、前記波長の変化量を演算する演算部とを備える。
これにより、複合材料部品の破壊の予兆を示す波長変化量を検出することができ、モニタリングの精度が向上する。
【００１７】
また、前記演算部は前記破壊の予兆を示す波長変化量を閾値とし、前記閾値を下回った場合に異常を知らせる警報手段を備える。
これにより、剥離が生じる予兆を人に知らせることができ、例えば、鉄道車両等の移動体に使用する場合の事故を未然に防止することができる。
【００１８】
また、本発明の一態様に係るモニタリング方法は、モニタリング装置を用いて、繊維強化樹脂材料からなる複合材料部品の剥離に起因する破壊の予兆を監視するモニタリング方法であって、前記剥離による歪を検出するモニタリング装置が、本発明の一態様に係るモニタリング装置である。
【００１９】
本発明の一態様に係るモニタリング方法は、複合材料部品の剥離を直接的に監視するのではなく、複合材料部品の剥離が生じる予兆を監視することで、本来は外部から目視によって確認することのできない複合材料部品の剥離による破壊の予兆をモニタリングする。
【００２０】
＜実施形態＞
（モニタリング装置の全体構成）
図１は、本発明の一態様に係るモニタリング装置を示す概略図である。ここでは、移動体の構造体の一例である鉄道車両台車用板バネに複合材料部品を適用した場合を例にとって説明する。１は鉄道車両台車用板バネ、２は光ファイバー式のＦＢＧ(Fiber Bragg Grating) センサー、３は波長変換装置、４はケーブル、５は警報装置、６は鉄道車両、７は鉄道車両台車を示す。
【００２１】
（鉄道車両台車用板バネ）
鉄道車両台車用板バネ１は、繊維強化樹脂材料からなる複合材料部品の一態様である。複合材料部品を構成する繊維強化樹脂材料としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂のような熱硬化性樹脂や、ポリアミド樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂のような熱可塑性樹脂等の樹脂材料と、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維等の強化繊維材料とを複合化して成形された繊維強化樹脂材料（ＦＲＰ（Fiber Reinforced plastic））が使用可能である。繊維強化樹脂材料（ＦＲＰ）としては、具体的には、炭素繊維強化樹脂材料（ＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced plastic））、ガラス繊維強化樹脂材料（ＧＦＲＰ（Glass Fiber Reinforced plastic））、アラミド繊維強化樹脂材料（ＡＦＲＰ（Aramid Fiber Reinforced Plastic））、ボロン繊維強化樹脂材料（ＢＦＲＰ（Boron Fiber Reinforced Plastic））等があげられる。
【００２２】
鉄道車両台車用板バネ１は、弓状の形状をしており、鉄道車両６を支えるとともに線路からの振動を吸収する。鉄道車両台車用板バネ１としては、例えば、ＣＦＲＰからなる上面部材と、ＣＦＲＰからなる下面部材と、上面部材と下面部材との間に配置され且つＧＦＲＰからなるコア部材とを備えたハイブリッドタイプを使用することができる。
【００２３】
（光ファイバー式のＦＢＧセンサー）
光ファイバー式のＦＢＧセンサー（以下、単に「ＦＢＧセンサー」と称する。）２は、鉄道車両台車用板バネ１の層間及びその付近に設けられている。具体的には、ＦＢＧセンサー２は、鉄道車両台車用板バネ１のコア部材と上面部材もしくは下面部材との層間、好ましくは前記層間から５[ｍｍ]以内の場所に埋設される。つまり、ＦＢＧセンサー２は鉄道車両台車用板バネ１に埋設される。ＦＢＧセンサー２は、鉄道車両６の走行中に常時、歪を検出する。
【００２４】
ＦＢＧセンサー２は光ファイバーにセンサー部となるグレーティング（回析格子）を形成し、そのグレーティングから反射される光の波長変化を物理量（歪）の変化として捉えるセンサーである。ＦＢＧセンサー２は１本のファイバーに複数のセンサー部（グレーティング）を設け、独立して歪を計測することができる。
ＦＢＧセンサー２はセンサー部に荷重が加わると２方向の歪を検出できるようになっており、例えば鉄道車両台車用板バネ１では長手方向の歪、厚み方向の歪をそれぞれ検出することができる。鉄道車両台車用板バネ１に荷重がかかると、鉄道車両台車用板バネ１中に設けたＦＢＧセンサー２に応力が作用して、ＦＢＧセンサー２は鉄道車両台車用板バネ１の厚み方向と長手方向の歪を検出することができる。但し、破壊の前兆を把握するために、層間剥離による影響が生じやすい厚み方向の歪を計測する必要がある。
【００２５】
以下、１本の光ファイバーに２点のセンサー部（Ｓ１，Ｓ２）を設けた場合の波長変化量及び歪量について、図面を用いて具体的に説明する。
図２は荷重印加前の波長（λ）と信号強度（Ｉ）との関係を示すグラフ図、図３は荷重印加時の波長（λ）と信号強度（Ｉ）との関係を示すグラフ図である。λ１は荷重印加前のセンサー部Ｓ１による反射波長を、λ′１は荷重印加時のセンサー部Ｓ１による反射波長をそれぞれ示す。λ２は荷重印加前のセンサー部Ｓ２による反射波長を、λ′２は荷重印加時のセンサー部Ｓ２による反射波長をそれぞれ示す。
【００２６】
なお、ＦＢＧセンサー２は、剥離の検出精度等の点から、鉄道車両台車用板バネ１の剥離発生予測位置から５００［ｍｍ］以内の場所に埋設することが好ましい。剥離発生予測位置は、予め試験を行うことで把握できる。
【００２７】
なお、ＦＢＧセンサー２は外径２００[μｍ]以下が好ましく、長さは５[ｍｍ]から１０[ｍｍ]の範囲が好ましい。
【００２８】
（波長変換装置）
波長変換装置３は、ＦＢＧセンサー２からの反射光を波長に変換する装置であり、具体的には波長変換装置３から発信された入射光をセンサー部（グレーティング）へ送り、センサー部からの反射光を波長変換装置３で波長に変換する。
【００２９】
（演算部）
本発明の一態様に係るモニタリング装置は、歪特性（波長変化量もしくは歪量）を演算する演算部を備えている。演算部は、例えば、２点のセンサー部（Ｓ１，Ｓ２）の反射波長から歪特性を演算することができる。演算部としてはアナライザー等を使用できる他、ＣＰＵ等でプログラムを実行することでも実施できる。
また、後述する実施例において詳述するが、演算部は波長変化量もしくは歪量が閾値を下回ったことを検出できる。この波長変化量もしくは歪量を剥離現象として捉え閾値として設けることにより、破壊の予兆を把握することができるようになる。
【００３０】
ここで、波長変化量（Δλ）及び歪量（ε）は以下の式で示される。式中、Ａは装置係数である。Ａの数値は、今回利用したＦＢＧセンサー２の場合、０．１９３５×１０−３である。Ｂは材料係数、より具体的には、複合材料の厚み方向の弾性率である。例えば、厚み方向が炭素繊維複合材料のプリプレグ積層の厚み方向（プリプレグの積層方向と一致する）の場合のＢの数値は４．５である。また、厚み方向が炭素繊維複合材料のプリプレグ積層の幅方向（プリプレグの積層方向と繊維方向とに直交する方向と一致する）の場合のＢの数値は９．０である。なお、厚み方向がプリプレグ積層の厚み方向と一致する場合のＢの数値は、厚み方向には樹脂のみの層と、樹脂が含浸された炭素繊維層とが交互に厚み方向に重なるため、厚み方向がプリプレグの積層の幅方向と一致する場合のＢの数値よりも小さくなる。
【数１】
0006754585.tif 000002
【００３１】
なお、閾値の設定は、複合材料部品に使用される強化繊維材料や樹脂材料等を含め、複合材料部品の重量・寸法・この部品に負荷される荷重等によって異なるため、複合材料部品の仕様により特定する必要がある。閾値の設定は、事前の破壊実験もしくはシミュレーション等により適宜決定される。
【００３２】
（警報装置）
警報装置５は、拡声器もしくは警報ランプを備えている。警報装置５は、演算部が波長変化量もしくは歪量の閾値を下回ったことを検出すると、鉄道車両６内の運転士もしくは車掌に異常を知らせる。これにより、事故を未然に防止することが可能となる。
【００３３】
（ケーブル）
ケーブル４は、ＦＢＧセンサー２と波長変換装置３とを接続している。通常、ＦＢＧセンサー２は鉄道車両６の外側にあり、波長変換装置３は鉄道車両６の内側にあるため、ケーブル４は防水仕様であることが好ましい。ケーブル４は、鉄道車両６の一部に孔（図示せず）を穿け、その孔を通して鉄道車両６の内側にある波長変換装置３と接続される。この孔は鉄道車両６内への雨水や風等の侵入を防ぐためシールされる。
【００３４】
（鉄道車両台車）
鉄道車両台車７は、走行性能や乗り心地を左右する重要な装置であり、基本的な機能や性能として、乗客や貨物等を乗せた車体を、車体の下から支持しながら軌道上を円滑に走行するという重要な役割がある。鉄道車両台車７は、駆動機構としての電動機、ブレーキ、車輪や車軸、走行安定性のためのまくらバネ（空気バネ）、軸バネ、そして、これらを支持する台車枠から構成されている。鉄道車両台車７は、車体と台車枠の間に枕はり（ボルスタ）がないボルスタレス台車、特に軸はり式台車が好ましい。軸はり式台車は、車両の全荷重を、車体の横はり、枕バネ（空気バネ）、台車枠、軸バネ、軸箱、車軸・車輪、レールの順に受けている。
【００３５】
（モニタリング方法）
本発明の一態様に係るモニタリング方法は、本発明の一態様に係るモニタリング装置を用いて、複合材料部品の層間剥離による破壊の予兆を監視する。具体的には、鉄道車両台車用板バネ１の層間にＦＢＧセンサー２を埋め込み、鉄道車両台車用板バネ１の層間剥離による歪を検出する。ＦＢＧセンサー２から検出された信号を、波長変換装置３により波長に変換する。演算部は、破壊の予兆判断に用いられる波長変化量を演算する。波長変化量もしくは歪量が閾値を下回ると、警報装置５により鉄道車両６内の運転士もしくは車掌に異常を知らせる。これにより、事故を未然に防止することが可能となる。
【００３６】
このような構成によると、鉄道車両台車用板バネ１の層間剥離による振動を捉え、人に対する報知を行うことができる。鉄道車両台車用板バネ１が繰返し疲労により致命的な破壊が生じる前段階の層間剥離が発生すると、警報装置５により報知が行われることになる。
【００３７】
運転士は直ちに鉄道車両６を停止させ車両基地に戻り、超音波探傷装置等の非破壊検査装置により詳細に鉄道車両台車用板バネ１の異常の有無が検査され、必要に応じ鉄道車両台車用板バネ１は交換される。
また、鉄道車両６の場合、踏切等での自動車との衝突が考えられる。自動車と衝突した場合、大きな振動を受けるが、ＦＢＧセンサー２を利用して波長を解析することにより、鉄道車両台車用板バネ１のダメージの有無（大きさ）をその場で把握することができ、車両整備基地への移動の可否判断が可能となる。
【００３８】
（複合材料の破壊特性）
複合材料部品の破壊様式には、様々な破壊モードがあり、複合材料の繊維軸方向に対する引張り破壊、圧縮破壊の他、層間での剥離破壊等がある。複合材料部品は層間強度が低く、鉄道列車、航空機等の移動体ではこの剥離破壊を防ぐことが主要な技術課題となっている。層間剥離の場合、繰返し荷重をかけて複合材料の劣化が進んでくると層間での圧着度が低下していき歪が増大してくる。この歪が許容限度を超えると一気に剥離が進展し亀裂が発生するため、複合材料部品全体の破壊に至る。従って許容限度を超える前の波長変化量もしくは歪量に閾値を設けることにより、破壊の予兆を検出することができる。通常の使用による繰返し荷重により複合材料部品は次第に劣化していくが、この波長変化量もしくは歪量の変化を検出することにより剥離を予兆でき、複合材料部品の交換等により事故の未然防止が可能となる。
【実施例】
【００３９】
以下、実施例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り以下の実施例に限定されるものではない。
【００４０】
複合材料部品の歪を試験的に測定した実施例を示す。走行中の鉄道車両で破壊の予兆を検出することは安全上できないため、歪の測定は試験機により行った。
【００４１】
〔実施例１〕
炭素繊維プリプレグ（東邦テナックス社製プリプレグ（Ｑ−Ｃ１１１８）、厚み：０．１８７［ｍｍ］）を、炭素繊維が長手方向に延びるように（繊維配向角度が０度）２０層積層してなる試験片（長さ：３００［ｍｍ］、幅１２．７［ｍｍ］）を作製し、層間剥離が起こりやすいように予め剥離面の一部に亀裂を入れた。この試験片の厚み方向中央であって左端から４０［ｍｍ］の箇所にＦＢＧセンサーを埋め込んだ。そして、曲げ試験機を使用して三点曲げ荷重（所謂、ＧIIｃ荷重モードである）での歪を検出し、波長変換装置を用いて波長を測定した。
【００４２】
歪センサー：１本の光ファイバーに２点のセンサー部（Ｓ１、Ｓ２）を有するＦＢＧセンサー（長野計器社製、型番：２軸ＦＢＧセンサー、外径：１４０[μｍ]、センサー部測定長さ：５［ｍｍ］）。センサー部Ｓ２は亀裂近傍、センサー部Ｓ１はセンサー部Ｓ２から１０［ｍｍ］離れた箇所にそれぞれ設けた。
波長変換装置：長野計器社製、ＰＦ３５
荷重モード：ＧIIｃ（曲げ試験）
試験（変位）速度：０．１[ｉｎ／ｍｉｎ]
【００４３】
図４〜図６は試験片の積層方向（厚み方向）の歪による波長を示す。図４は正常時（剥離発生前）の波長を示し、図５は剥離発生直前の波長を示し、図６は剥離発生後の波長を示す。図４〜図６において、図面上側の波長は亀裂近傍に設けたセンサー部Ｓ２による反射波長、図面下側の波長は亀裂から離れた箇所に設けたセンサー部Ｓ１による反射波長を示す。なお、横軸は時間（秒）、縦軸は波長を示す。
【００４４】
試験片に三点曲げ荷重を繰り返しかけると、荷重の変化により試験片の層間が引っ張られ、ＦＢＧセンサーは試験片の厚み方向の歪を検出する。剥離発生前の正常時（図４参照）では最大荷重時に２５０［μｓ（マイクロストレイン）］程度の歪が発生する（厚み方向の弾性率が４．２［ＧＰａ］の場合）。この歪量を前記数式により波長変化量（Δλ）に換算すると、下記の表１に示すように、５．４２［ｐｍ（ピコメートル）］（０．００５４２［ｎｍ］）となる。
【００４５】
試験片にかける荷重をさらに増加させていくと、試験片の層間にマイクロクラック等の剥離が発生し歪が増大する。これは、図６の上側の波長（すなわち亀裂近傍に設けたセンサー部Ｓ２側の波長）が一気に上昇することからわかる。
【００４６】
剥離が発生する直前は、図５のように波長が乱れ（上側の波長）、破壊の予兆が現れる。つまり剥離の発生によりＦＢＧセンサー２付近に応力が伝播しなくなり、正常時（図４参照）に比べて波長変化が少なくなる。そうすると試験片の樹脂材料の劣化により層間における接着力が弱まるため、繰り返し荷重がかかってもＦＢＧセンサー２を変形させる力が弱まる。そのため、最大荷重時の歪量が２００［μｓ］程度まで小さくなり、更に剥離による劣化が進むと１５０［μｓ］程度しか示さなくなってくる（厚み方向の弾性率が４．２［ＧＰａ］の場合）。この歪量を前記数式により波長変化量（Δλ）に換算すると、下記の表１に示すように、それぞれ４．３４［ｐｍ］（０．００４３４［ｎｍ］）、３．２６［ｐｍ］（０．００３２６［ｎｍ］）となる。したがって、破壊直前の歪特性（波長変化量もしくは歪量）を検知することにより、破壊の予兆を検知し、事故を未然に防止することができるようになる。波長変化量の閾値を所定値、例えば１［ｐｍ］から２０［ｐｍ］の範囲、好ましくは３．２６［ｐｍ］から４．３４［ｐｍ］の範囲に設定し、この値を下回ると破壊の予兆を検知することができる。
【００４７】
下記の表１は、前記数式に従い波長変化量と歪量を換算したものである。
【表１】
0006754585.tif 000003
【００４８】
＜＜変形例＞＞
以上、実施形態に基づいて説明したが、本発明は実施形態に限られない。例えば、以下で説明する変形例と実施形態のいずれかを適宜組み合わせてもよいし、複数の変形例を適宜組み合わせてもよい。
【００４９】
１．歪センサー
実施形態では、歪センサーとして光ファイバー式のＦＢＧセンサー２を用いたが、歪センサーはこれに限定されるものではない。
また、実施形態のＦＢＧセンサー２では１本の光ファイバーに２点のセンサー部（Ｓ１，Ｓ２）を設けたが、これに限定されず複数（例えば３０点）のセンサー部を設けることもできる。
実施形態では、試験片の厚み方向中央にＦＢＧセンサー２を埋め込んだが、中央に限定されるものではない。但し、ＦＢＧセンサー２の位置は厚み方向の中央から５［ｍｍ］以内が好ましい。
また、複合材料部品の剥離が生じる位置が分かる場合は、その位置に対して厚み方向に５[ｍｍ]以内の場所にＦＢＧセンサーを配置するのが好ましい。複合材料部品が、例えば鉄道車両台車用板バネの場合であってコア部材であるガラス繊維複合材料に対して上面及び下面部材である炭素繊維複合材料を積層した構造を有する場合、コア部材と炭素繊維複合材料との層間で剥離が生じやすく、ＦＢＧセンサーはコア部材と炭素繊維複合材料との層間から５［ｍｍ］以内に埋設されることが好ましい。
実施形態では、ＦＢＧセンサーが検出する複合材料部品の歪のうち、積層方向の歪のみを利用していたが、積層方向の歪を少なくとも利用していればよく、例えば、積層方向の歪と長手方向の歪との比率（歪比率）を利用してもよい。
【００５０】
２．複合材料部品
実施形態では、複合材料部品として鉄道車両台車用板バネ１について説明したが、航空機、自動車、鉄道、船舶のような移動体に使用される構造体や、風力発電ブレードに使用される構造体、土木、建築分野における構造体等にも適用できる。
また、鉄道車両台車用板バネ１は、ガラス繊維複合材料と炭素繊維複合材料とから構成されていたが、どちらか一方の複合材料により構成されてもよいし、アラミド繊維複合材料等の他の複合材料を含んでもよいし、他の複合材料から構成されてもよい。
また、実施形態の複合材料部品は、プリプレグを積層した複合材料により構成されているが、例えば、ＲＴＭ（レジン・トランスファー・モールディング）成形法により成形した複合材料や、ハンドレイアップ成形法により成形した複合材料等により複合材料部品を構成してもよい。
上述のような複合材料部品を利用する場合、破壊の予兆である剥離が発生する位置を予め試験により把握し、その剥離発生予測位置の近くにＦＢＧセンサーを配することで、モニタリングできる。
【００５１】
３．警報装置
実施形態では警報装置５を備えているが必須ではなく、他の手段により鉄道車両内の運転士もしくは車掌に異常を知らせることも可能である。
【００５２】
４．試験片
試験片の材質、大きさ等は実施例に限定されず、複合材料部品の用途に応じて適宜変更可能である。
【００５３】
５．実用化
実際の複合材料部品の場合においても長期の使用により剥離が生じる。従って、数１で示したように、印加前後の波長をモニタすることで、破壊の前兆を知ることができる。
航空機、鉄道、船舶のような移動体に使用される構造体の場合、例えば、人が乗っていない状態や荷物が搭載されていない状態を印加前の状態とし、人が乗っている状態や荷物が搭載されている状態を印加時の状態として、波長をモニタすればよい。風力発電ブレードに使用される構造体、土木、建築分野における構造体の場合は、使用初期を印加前の状態として波長をリファレンスとすることで実施できる。
実施形態では三点曲げの試験で説明したが、実用化で使用する場合、印加（負荷）条件は矩形波状でないことも想定できる。このような場合は、印加中の波長を平均化して印加前の波長と比較してもよいし、印加中において所定時間当たりの波長の平均と比較してもよい。
【００５４】
６．剥離
本実施形態における剥離は、強化繊維材料と樹脂材料との間で生じる場合、強化繊維材料間に存在する樹脂材料内で生じる場合を含む。また、剥離は、複合材料を積層した場合、複合材料間で生じる剥離や、各複合材料内で生じる剥離（強化繊維材料と樹脂材料との間、強化繊維材料間に存在する樹脂材料で生じる剥離である。）を含む。
【符号の説明】
【００５５】
１    鉄道車両台車用板バネ
２    ＦＢＧセンサー
３    波長変換装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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