CFRPの高速飛翔体衝突における二次元衝撃力測定システムの開発

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09750099
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 荒井 政大 東京工業大学, 工学部, 助手 (30260532)
• Keywords: CFRP / 複合材料 / 軟質材 / 衝撃 / 境界要素法 / 逆問題 / 実験解析 / 数値解析

Research Abstract

本年度はCFRP積層板に作用する二次元衝撃力の測定に関する測定装置の試作,ならびに面圧分布測定の際の逆解析に用いる数値シミュレーションプログラムの作成を行った.
数値シミュレーションプログラムは,境界要素法.(Boundary Element Methods)により作成されており,板内部の変位ないしはひずみの測定データを複数用い,面外荷重の逆解析を行うものである
数値実験により,ひずみゲージの張り付け位置と測定結果の誤差の関係ついて検討した.その結果,ひずみの測定を境界の支持部に近い位置で行った場合,得られる逆解析解は極めて不安定的な誤差分布を示し,正解との差異が大きくなることが明らかとなった.この難点を解決すべく,2次元的に板面に一様にひずみの測定を行い,その結果を元に逆解析を行った結果,分布圧力を数%の誤差範囲で予測できることが明らかとなった.なお,逆解析にあたっては,特異値分解による階数低下法が効果的に適用できることを明らかにするとともに,その際の有効回数の判定に対してはHansenにより提唱された,L-Curve法が有効であることも明らかとなった.
現在,CFRP積層板が静的な分布圧力を受ける場合の試験装置を試作中である.現段階では,ひずみの測定誤差が大きく,結果として精度的に安定な逆解析解を得るまでに至っていない.この理由は測定誤差やCFRP積層板の数値解析誤差など,様々な要因が考えられるが,試験荷重によるキャリブレーションの結果,CFRP板の支持条件が荷重の推定精度に大きな影響を与えていることがわかった.
そこで分布荷重推定の前段階として,弾性板の支持条件を同定することを試みることとした.支持条件の同定は,荷重を同定する場合とほぼ同様に,板内部のひずみから逆解析を行うことが可能である.本研究では境界要素法により境界条件同定を行うためのプログラムを作成し,その有効性の確認を行った.
今後は,先に述べた境界条件の推定法により支持条件の補正を行った上で,ひずみの測定誤差を最小限に抑え,より高い精度の荷重推定が行えるよう,試験装置と解析プログラムの両面から改善を図る予定である.

Research Products

• [Publications] 足立忠晴,山村賢,荒井政大,梁仁榮: "FRP積層はりへの軟質材衝突により生じる衝撃荷重の近似的評価" 日本機械学会第76回全国大会講演論文集. 98-3. 245-246 (1998)
• [Publications] 荒井政大,大島智,足立忠晴,松本浩之: "弾性平板の曲げ問題における境界条件の逆解析" 日本機械学会第11回計算力学講演会講演論文集. 98-2. 449-450 (1998)