2020 Fiscal Year Annual Research 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 / 衝撃吸収特性 / 衝撃応答解析 / GFRP / フィラメントワインディング法 / 自動車衝撃吸収部材 / 高強度ガラス繊維 / 落錘衝撃試験 |
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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。このため，軽量化を狙いとした車体構造の検討，成形・加工技術の研究開発が進められているが，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，衝撃吸収性に優れ，安価で安定的な供給が可能な新開発の高強度ガラス繊維を強化材とし、成形性・生産性に優れた現場重合型熱可塑樹脂をマトリクスとする高強度衝撃吸収ＦＲＴＰ部材の開発を行った。
従来のガラス繊維の組成を変えることによってコストを抑えながら，強度と弾性率を向上させた高強度ガラス繊維（HMEガラス繊維）を用いてフィラメントワインディング製（FW）GFRP円筒を成形し，落錘衝撃試験を実施した。その結果，巻き角度±45°と±60°においてHME-glassはCFRP円筒と同等の比エネルギー吸収量を示すことを検証した。また，繊維径がGFRPの機械的特性に及ぼす影響を調査した研究は多くなされてきたが，大量生産が可能なFW法では繊維束単位で樹脂への含浸，マンドレルへの巻き付けを行うため，繊維径だけではなくテックス（繊維束の太さを表す単位で1,000mあたりのグラム数）の影響についても検討し，テックスを小さくすることでGFRP円筒の繊維体積含有率が向上し，表面の審美性は高いが，GFRP円筒のエネルギー吸収特性においては，テックスよりも繊維径の影響を大きく受けることを明らかにした。
さらにFEMによる衝撃応答解析モデルの開発を行い，安全設計要件として重要となる荷重-変位線図における中央値，安定荷重領域内エネルギー吸収量について5％程度の誤差となる解析モデルを開発することができ，一般的な衝撃応答解析で要求される誤差10％程度であることから解析モデルとしての妥当性な結果と評価した。
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