| Project/Area Number |
23K22640
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| Project/Area Number (Other) |
22H01369 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 18010:Mechanics of materials and materials-related
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| Research Institution | Central Research Institute of Electric Power Industry |
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Principal Investigator |
熊谷 知久 一般財団法人電力中央研究所, エネルギートランスフォーメーション研究本部, 上席研究員 (30456149)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
辻 裕一 東京電機大学, 工学部, 教授 (10163841)
波多 英寛 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 助教 (30381007)
立山 耕平 室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 准教授 (70837096)
酒井 信介 横浜国立大学, 総合学術高等研究院, 客員教授 (80134469)
山田 浩之 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 准教授 (80582907)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2022: ¥10,010,000 (Direct Cost: ¥7,700,000、Indirect Cost: ¥2,310,000)
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| Keywords | 貫通 / 衝撃 / 確率論 / 材料特性 / ひずみ速度 |
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| Outline of Research at the Start |
貫通現象は飛翔体が非衝突材を突き抜ける現象である。貫通は衝撃下の現象のため、被貫通材の変形・破壊特性の変形速度依存性の考慮が重要であるが、従来の評価式では考慮されていない。そこで、本研究では、貫通評価式の精度向上を目指し、被貫通材の変形・破壊特性の変形速度依存を陽に考慮した、鋼板貫通現象の定式化と解の導出を行う。そして、被貫通材や飛来物の特性のばらつきをを考慮する手法の構築を行う。これらにより、限界設計による合理性の高い設計・保守の確立を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和5年度は下記の研究を実施した。
①鋼板の貫通現象を記述する式の構築を行った。鋼板の衝撃変形を時間に依存した変形式で表し、鋼板が局所的に限界状態に達したところで破壊する条件式を設定した。この鋼板の変形式の数値解を差分法で求めるソフトウェアを開発し、貫通試験の試解析を行ったところ、動的陽解法による貫通試験を模擬した解析により得られた鋼板の変形と比較して、類似した鋼板の変形状態を得ることができた。
②構築した限界状態法による貫通現象を確率論的に評価する理論に基づき、これを実装したソフトウェアを開発し、インターネットで公開した。
③厚板材を貫通できるよう改良した貫通試験装置を用いて、４種類の厚さ（最大厚さ10mm）の炭素鋼板に円筒型飛翔体を衝突させる貫通試験を実施し、それぞれの厚さにおける限界貫通速度（貫通が生じる最低限の速度）を得た。一部の試験については貫通後の残余速度も計測した。試験後の板材はレーザー計測を行い、3次元形状を得た。この限界貫通速度を記述するよう従来型の経験的貫通評価式のパラメータを最適化した。
④貫通試験に使用した炭素鋼板と同一の鋼材について、引張試験、高速引張試験、引張型スプリット・ホプキンソン棒試験を行い、幅広いひずみ速度における応力－ひずみ関係を得るとともに、試験後の測定で破断ひずみを取得した。また、炭素鋼および高張力鋼の小型飛翔体を壁に衝突させるテイラー衝撃試験および小型飛翔体同士を衝突させる改良テイラー試験を実施した。試験中の飛翔体を高速度カメラで撮影し、変形中及び変形後の飛翔体の変形形状を得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
貫通評価式開発のための理論や手法の開発がほぼ完了し、また、予定した試験データを入手できたため、おおむね順調に進展していると判断した。理由は下記に示す通りである。
①貫通評価式の開発に関しては、貫通現象を表す式を構築し、これを実装したソフトウェアで、数値解を得られるようになった。
②確率論的貫通評価手法の開発に関しては、構築した確率論的貫通評価理論に基づき、これを実装したソフトウェアを開発することができた。
③貫通試験に関しては、炭素鋼厚板の貫通試験を完了し、限界貫通速度を得ることができた。
④材料試験に関しては、幅広いひずみ速度での応力―ひずみ関係・破断ひずみを得ることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
構築した理論に基づく貫通評価式に、得られた材料物性を入力して、貫通試験を模擬した解析を実施し、限界貫通速度や変形形状の再現性を調べ、妥当性を評価するとともに、必要に応じて改善を図る。また、確率論的貫通評価を行い、その有効性を示す。
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