2021 Fiscal Year Annual Research Report
航空機用CFRPの雷撃損傷メカニズムの解明とマルチフィジックス数値解析
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19H02342
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
小笠原 俊夫 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20344244)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平野 義鎭 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 航空技術部門, 主任研究開発員 (90425786)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | CFRP / 雷撃 / 損傷解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
航空機用CFRPにおける雷撃損傷メカニズムの解明を目指して、①インパルス電流を直接印加したCFRPの電撃損傷現象の解明とモデル化、②模擬雷撃試験におけるCFRPへの電気的・力学的荷重の実験による同定と検証、③熱・電気・力学連成による雷撃損傷のマルチフィジックス数値解析手法の構築を本研究の目的としている。
CFRPの電撃損傷現象のモデル化に関しては、２種類のCFRP積層板を対象とし、インパルス電流の直接通電試験により積層板厚さ方向の電流－電圧(I-V)挙動データを取得した。その結果、層間樹脂層を有する航空機用CFRPでは、印加電圧とともに導電率が漸増するという非線形I-V特性が確認された。これは電流印加に対して非可逆な現象であり、層間樹脂層内による局所的な絶縁破壊の蓄積が影響している可能性が示唆された。
模擬雷撃試験におけるCFRPへの電気的・力学的荷重の実験による同定と検証に関しては、ローレンツ力および衝撃波によるインパルス荷重を推定するため、模擬雷撃試験で取得された試験片背面における面外変位の応答から、逆解析による荷重の同定を行った。雷撃によって発生した衝撃波の時間・空間発展に関する実験式を構築し、実験結果との合わせ込みによって各パラメータを同定した。また、雷撃印加点近傍の高速度カメラによる時系列観察結果からアークルートの時間経過を実験的に取得し、電流密度分布の時間発展を推定した。
熱・電気・力学連成による雷撃損傷のマルチフィジックス数値解析手法の構築に関しては、まずCFRP面内へのインパルス電流直接印加試験の結果を定量的に考察するため、樹脂の熱分解反応による熱収支を考慮した数値解析を実施した。またCFRP厚さ方向の非線形I-V特性と電撃印可点におけるアークルートの時間発展を考慮した熱－電気連成による雷撃損傷を実施し、実験結果により合致した解析結果が得られることが確認された。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(3 results)
