1999 Fiscal Year Annual Research Report
炭素繊維強化炭素複合材料製超高温タービンディスクの開発研究
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11305047
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Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Research Institution | Institute of Space and Astronautical Science |
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Principal Investigator |
八田 博志 宇宙科学研究所, 宇宙推進研究系, 教授 (90095638)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 哲也 宇宙科学研究所, 宇宙推進研究系, 助手 (80249937)
峯杉 賢治 宇宙科学研究所, 宇宙輸送研究系, 助教授 (90239327)
棚次 亘弘 宇宙科学研究所, 宇宙推進研究系, 教授 (70013737)
向後 保雄 東京理科大学, 基礎工学部, 助教授 (60249935)
後藤 健 宇宙科学研究所, 宇宙推進研究系, 助手 (40300701)
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| Keywords | 炭素繊維強化炭素 / 回転破壊 / タービンディスク |
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| Research Abstract |
小型回転試験機を用いて、x-y-z3次元繊維強化炭素繊維強化炭素(3DC/C)を高速回転し、破壊挙動を調べた。予想される破壊はマトリックスの飛散、繊維の飛散である。これらの微小破壊は回転不釣り合いを引き起こす可能性がある。さらに、削りだしによるブレード作製の可能性を探る上でも重要な現象である。3DC/Cの表面での回転周速度約500m/sで3DC/Cの分断破壊が生じて回転試験を中断した。破壊が生じた試験片の表面の観察からはマトリックスの飛散は生じていないことが明らかとなった。同時にマトリックス飛散についての解析的検討を行った結果、必要以上に大きな繊維束を使用しない限り、マトリックス飛散は生じないと考えられた。繊維の飛散についても今回の実験の範囲では発生しなかった。解析上は表面に加工などによる不連続な繊維束が存在した場合は繊維束の飛散が生じると考えられた。しかし、今回の実験では500m/sと言う非常に大きい速度まで回転できたことから課題として残っているが十分克服可能であると考えられた。また、積層型C/Cを用いて回転分断破壊現象を整理した。静的な引張試験と対応させたところ、周方向平均応力が支配的な内径:外径が0.7:1程度の部分でも破壊発生時の周方向平均応力は静的な強度よりも小さな値となった。これは、C/C自身の回転バランスを整えていないために発生したものであり、実測したC/Cの不釣り合いによる遠心力増分を加味すると静的引張強度と破壊時の平均周方向応力がほぼ同一となり、引張試験と同様の平均応力破壊基準が有効であることが確かめられた。内径が外径に比べて小さい場合は応力集中の効果が発生していることが分かったが、破壊基準については検討中である。
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Research Products
(5 results)
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[Publications] Ken Goto: "Fracture Behavior of Laminated C/C Composite"The Ceramic Engineering Proceedings. (印刷中).
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[Publications] Lars Denk: "Shear Stress-Strain Behavior C/C Composites"The Ceramic Engineering Proceedings. (印刷中).
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[Publications] Ken Goto: "Development Study of C/C Composite Turbine Disk for Future Space plane"Proceedings of 6th Japan Int. SAMPE Symposium. Vol.2. 1111-1114 (1999)
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[Publications] Lars Denk: "Fracture Behavior of Laminated type C/C Composite"Proceedings of 6th Japan Int. SAMPE Symposium. Vol.1. 265-268 (1999)
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[Publications] Shuichi Wakayama: "Evaluation of Strength of CVD-SiC Coated C/C composite at High Temperature in Air"Proceedings of 6th Japan Int. SAMPE Symposium. Vol.1. 278-281 (1999)
