2020 Fiscal Year Research-status Report
サンドイッチパネルの面板と心材間の破壊じん性評価試験の理論解析法の確立
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19K04845
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| Research Institution | Kanazawa Institute of Technology |
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Principal Investigator |
吉田 啓史郎 金沢工業大学, 工学部, 教授 (50345089)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | サンドイッチ / 面板 / 心材 / はく離 / 破壊じん性 / 理論解析 / Vlasov法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
サンドイッチSCB(Single Cantilever Beam)試験の理論解析法として，「弾性床上のはりモデル」に注目し，これにVlasov法を適用した新たな理論解析法を構築した．さらに機能傾斜材を心材に用いたサンドイッチパネルへの適用を想定して，心材の弾性率が板厚方向に変化する場合も取り扱うことができるように理論解析法を拡張した．その求解過程で必要となる収束計算のアルゴリズムを明確にし，それに基づく計算プログラムを作成した．特に，心材の弾性率が板厚方向に指数関数に従い変化する場合に，求解が極めて容易となることを見出した．
そして，構築した理論解析法による結果を有限要素解析による結果と比較し理論解析法の妥当性を検証した．面板および心材の材料定数や寸法（板厚），はく離き裂長さなどの解析パラメータを広い範囲で変化させても理論解析法による結果が有限要素解析による結果と非常に良く一致し，本研究で提案する理論解析法の妥当性を確認した．
なお，常温（20℃程度）で実験を実施する場合，パネル成形時の温度（180℃度程度）と実験実施時の温度の温度差による熱応力が生じた状態となる．この熱応力の影響を考慮できるように理論解析法を改良する予定であったが，熱応力の影響を理論解析に含めることが難しいことが判明したため，候補となる面板，心材の材料および試験片寸法など数ケースについて数値解析による検討を実施した．
上記の成果の一部を学会発表および査読論文として公表し，研究の妥当性については概ね高評価を得られた．
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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
3年計画の2年が経過したがこれまで概ね計画通りに順調に研究が進展した．
具体的には，1年目にVlasov法をサンドイッチSCB試験片に適用した場合の定式化を実施し，その求解過程で必要となる収束計算のアルゴリズムを明確にし，それに基づく計算プログラムを自作した．そして，構築した理論解析法による結果を有限要素解析による結果と比較し理論解析法の妥当性を検証した．その結果，面板および心材の材料定数や寸法（板厚），はく離き裂長さなどの解析パラメータを広い範囲で変化させても有限要素法による結果と非常に良く一致する解が得られ，理論解析法の妥当性を確認できた．
2年目には機能傾斜材を心材に用いたサンドイッチパネルへの適用を想定して，心材の弾性率が板厚方向に変化する場合も取り扱うことができるように理論解析法を拡張した．特に，心材の弾性率が板厚方向に指数関数に従い変化する場合に，求解が極めて容易となることを見出した．そして構築した理論解析法による結果が有限要素解析による結果とよく一致することを確認した．また，パネル成形時の温度（200℃度程度）と実験実施時の温度の温度差による熱応力が生じた状態となるため，この影響を考慮できるように理論解析法を改良することを検討した．ただし，熱応力の影響を理論解析に含めることが難しいことが判明したため，当初の計画に従い，候補となる面板，心材の材料および試験片寸法など数ケースについて数値解析による検討を実施した．
上記の成果の一部を国際会議発表および有査読論文として公表し，研究の妥当性については概ね高評価を得られたと考えており，現在までの研究の進捗については順調に進展していると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究活動で構築した理論解析法に基づき，今後はサンドイッチSCB試験の実験データ整理法，すなわち実験で計測される荷重や変位のデータから面板／心材間の破壊じん性を評価する方法を考案する．なお，CFRP積層板のDCB (Double Cantilever Beam) 試験による層間破壊じん性評価試験で，同じ材料から成る複数の試験片を用いて試験を実施する際，理論解析の結果材料定数のみに依存することが明らかになっているパラメータについては評価を省略できるようになっている．これと同様にサンドイッチパネルの場合にも，実験データ整理法において理論解析解に基づきなるべく実験データ整理の省力化を目指す．
そして得られた研究成果を国内・国外の学会などで研究発表を行い，また申請者のホームページ上で研究成果を公表し，そこでの議論を踏まえて研究成果を報告書や学術論文としてまとめ公表する．
これまでの研究活動を通して，理論解析の一部に含まれる収束計算を実行するためのプログラミング環境が良く整備され，それを使用するノウハウも蓄積されてきている．コロナ禍の影響はあるが，限られた時間を有効に活用できるよう念入りに計画を立てて研究を推進する予定であり，今後も研究が順調に進展する予定である．
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| Causes of Carryover |
新型コロナ感染の影響により投稿論文の準備に多少遅れが生じたが，次年度に投稿論文英文校閲料等として使用する予定である．
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