2019 Fiscal Year Research-status Report
Development of automobile shock absorbing member by made of high strength glass fiber and in-situ polymerizable thermoplastic resin
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18K04637
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
青木 義男 日本大学, 理工学部, 教授 (30184047)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平山 紀夫 日本大学, 生産工学部, 教授 (70582518)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | クラッシュボックス / GFRP / エネルギ吸収特性 / 時刻歴応答解析 / フィラメントワインディング法 / 自動車衝撃吸収部材 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
繊維強化プラスチック(FRP)は，優れた比剛性をもつことから自動車構造マルチマテリアル化への適用が始まっている。FRPの車体への適用には衝突時の安全性能要件の確保も求められている。本研究ではFRP部材のコスト低減のために汎用ガラス繊維を用いたE-glass/EPOXY(E-GFRP)製クラッシュボックスの円筒殻モデルを大量生産可能なフィラメントワインディング(FW)法で成形し衝撃吸収特性を評価する。FW法では繊維積層の際，配向角度の可変設定が可能なため，配向角度を変化させ積層し，落錘衝撃試験によってエネルギ吸収特性への影響を調べた。また，有限要素法数値解析を用い，E-GFRPクラッシュボックスとしての適切な配向角度について検討を行った。
本年度は昨年度の結果から強化繊維の配向角を変えてFW成形したE-GFRPクラッシュボックスの落錘衝撃試験と時刻歴応答数値解析から算定された荷重変位線図について比較検討を行い，次に示す主要な結論を得た。(1)FW法で製作したE-GFRPクラッシュボックスの衝撃吸収特性と破壊過程、破壊様相について落錘衝撃試験によって検証し、±45°から±60°で高いエネルギ吸収特性が得られることを確認した。(2)特に±45°の試験体で高いエネルギ吸収量と圧壊時の安定支持荷重が得られることを検証し，CFRPに匹敵する衝撃吸収特性を引き出せる可能性を示すことができた。(3)精緻化したクラッシュボックスの物理モデルを精査して時刻歴応答解析を行い，実験結果に対してエネルギ吸収量と圧壊時の支持荷重に関して誤差5％以内の良い一致を得ることができた。(4)精緻化した解析モデルによって，高いエネルギ吸収量と安定支持荷重を得る積層構成と繊維配向角を計算し，±51°程度がエネルギ吸収特性に優れた適正な配向角であることを示唆した。
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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
安価な材料であるE-glassとエポキシ樹脂の組み合わせで，大量生産可能なFW法によるクラッシュボックスの成型加工法までの素材加工設計と適正な繊維配向角の検討から材料設計までの目途がついたため。
また，時刻歴応答解析による物理モデルを精緻化し，エネルギ吸収量と破壊支持荷重については，実験結果と誤差５％以内の一致を得た上で最適配向角についての計算結果を得ることができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
安価で大量生産可能なE-GFRPクラッシュボックスについてのガラス繊維の繊度や樹脂選定他の成型加工法，特に繊維配向角を安定させて成型するフィラメントワインディング法について確立することができた。また，破壊過程や破壊様相を精緻化した物理モデルを検討することでGFRPクラッシュボックスの時刻歴応答解析モデルについても概ね設計に利用できるモデル開発ができた。
今後は，クラッシュボックスの形状最適化と共に周辺の構造部材とのインターフェース設計となる締結部分の仕組みについて検討する。時刻歴応答解析については破壊過程で破壊片による荷重支持を考慮できる解析モデル開発が残った課題となる。また，現状用いているエポキシ樹脂をリサイクル可能な熱可塑性エポキシ樹脂に置き換えることでよりリサイクル性の高いクラッシュボックスの開発を目指す。
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Research Products
(5 results)
