2019 Fiscal Year Annual Research Report
Elemental technology research for seamless development of the large deployment structures with shape-variable function in the ground and the space
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17K18924
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
向井 洋一 神戸大学, 工学研究科, 准教授 (70252616)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
勝又 暢久 室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 助教 (60534948)
上田 政人 日本大学, 理工学部, 准教授 (80434116)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2020-03-31
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| Keywords | 展開板構造 / FEM解析 / 面外荷重作用 / 展開挙動解析 / 超小型衛星 / 4Dプリント / 炭素繊維強化プラスチック / 局所可撓性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
板要素とヒンジで構成される可動折板構造システムの構造物への応用を想定し、代表的な剛体折紙の手法である「ミウラ折り」に基づく折畳・展開機構の要素技術に関して、実用面での課題への取組みを進めた。最終年の研究実績は以下のとおりである。
①構造システムを構成する板要素への面外から高速荷重作用に着目し、板要素が脆弱破壊を起こす可能性とその影響について検討した。衝撃試験により板要素（脆弱材料としてガラス材を使用）の破壊挙動を可視化するとともに、FEM解析モデルの構築を進めた。膜材や緩衝材との併用により、面外荷重作用を受ける板要素の脆弱性を緩和する補剛法について、実験と解析による検証を行った。補剛効果には、膜材強度とともに貼付粘着力が大きく影響することを示した。
②ミウラ折りを応用した展開板構造は、縦・横方向に同期展開する利点を持つが、板厚の影響により、折畳状態では、縦・横方向の収納角度に差異があるため、展開途中の縦・横方向の展開率が異なる。一定角速度で展開させる場合、縦方向に配置された縦ヒンジまわりの回転と、横方向に配置された横ヒンジまわりの回転では、展開に必要となるトルク履歴が異なる。大型宇宙構造物の軌道上展開を視野に入れ、展開挙動の可視化とともに、展開に必要なトルクの関係を機構解析により求めた。さらに、展開板構造の宇宙実証を目標に、超小型衛星「ひろがり」ミッション部への搭載に向けた展開板構造の開発も行った。
③本研究において開発した、同一材料（CFRP）に局所的な柔軟性を付与する4Dプリント技術を用いて、局所柔軟性を有する高剛性CFRP平板を製作し、引張試験及び繰り返し曲げ試験を実施した。その結果、ヒンジ部で柔軟性と耐久性とを有するCFRPによる折り畳み構造が実現可能であることを実証した。また、プリントパラメータを変更することで可撓部のコンプライアンスを制御できることを示した。
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