2018 Fiscal Year Annual Research Report
Multi-physics Analysis of Microscopic Process of Damage Development of Material by Hypervelocity Impact (HVI) of Projectile
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16K14499
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
相原 智康 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (00231100)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 超高速飛翔体衝突 / HVI / 超高速変形 / 衝撃波 / 分子動力学法 / 塑性変形 / スペースデブリ / 金属/ポリマー複合構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
スペースデブリ等を想定した超高速飛飛翔体衝突（HVI）について、分子動力学法（MD）によるシミュレーションを行い、衝突に起因する変形・破壊・衝撃波・相変化についてのマルチフィジックス解析を行った。本年度は、（１）科学的観点から、金属材料において発生・伝搬する弾性波としての衝撃波面のナノレベルでの構造の解明、（２）工学的観点から、どのような金属/ポリマー複合構造がスペースデブリのシールドとして適切であるかの解析を行った。
（１）金属同士の高速衝突により、平面波の弾性波として発生・伝播する衝撃波について、原子面毎の速度と原子面間距離（ひずみに相当）の解析を行った。連続体的観点からは、金属の音速レベルで進展する衝撃波面の前後で両物理量は大きく変化する。衝撃波面の厚さは80オングストロームレベルであり、衝撃波面からその後方に向かって両物理量は振動減衰するナノレベルの構造を有する。その構造はシグモイド関数、指数関数、および三角関数を用いて適切に近似できる。この衝撃波面の微細構造は、金属表面間に作用する原子間力が、衝突時の極短時間に引力から斥力に変化することにより発生する。また、衝撃波が金属材料中を最初に伝搬する場合は、衝撃波面の微細構造は維持されるが、自由表面での反射後はその微細構造における高周波成分は時間とともに失われることを明らかにした。
（２）金属と比較すると、ポリマー層は飛翔体の並進運動エネルギーを空間的に広げて伝搬する特性を有することが判明した。この効果により、同一材質・質量の金属とポリマーの複合構造において、両者の積層構造を適切に制御することにより、飛翔体の貫通を抑止できる。また、金属中層中を侵徹する金属飛翔体先端部は超高密度な状態となっていることを、局所密度の空間分布の解析から明らかにした。
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| Remarks |
研究成果の動画について2019年中にYouTubeで公開予定
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