2020 Fiscal Year Annual Research Report

In-situ measurement and modeling of pre-gelation deformation for high-precision manufacturing of composite structures

Research Project

Project/Area Number	20H02345
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	水口周東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (70512359)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	北本和也国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 研究開発員 (80869834)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2024-03-31
Keywords	複合材料 / 成形 / モニタリング
Outline of Annual Research Achievements	自動積層装置でプリプレグを積層する過程の挙動評価を行った。積層過程でのプリプレグの変形・ひずみ応答を評価可能なように積層装置の改造とチューニングを実施した。また光ファイバセンサを一体化させたプリプレグを用いることで、フィード、プリテンション、コンパクションローラでの圧着、脱型の全積層過程においてプリプレグに発生するひずみ変動をリアルタイムで取得した。積層品質を高めるためのプリテンションが、積層後にもプリプレグに残留することを明らかにし、成形残留変形への寄与が示唆された。また、従来評価することのできなかった樹脂固化前の複合材変形挙動を明らかにするために、光ファイバ形状センサを新たに開発した。これは、プリプレグの両面に光ファイバを埋め込み硬化させたシート形状のもので、両面の光ファイバのひずみ差から曲げ変形を計算できる。このセンサを、あらかじめ形状の分かっている基準サンプルに沿わせることで形状同定精度を検証し、樹脂固化前の複合材変形挙動を明らかにするために十分な分解能と精度を有することを確認した。また基準サンプルを加熱する試験を実施することで、複合材成形過程において想定される温度変化環境でも安定した計測が出来ることを確認した。プリプレグ自動積層の際に生じるGAP部にこの光ファイバ形状センサを適用することで、GAP部に発生する面外方向の繊維うねりの形成にともない光ファイバのひずみ分布が変化することを確認した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 積層過程を評価するための自動積層装置の整備を進めるとともに、各種計測技術についても評価のために必要な分解能と精度を実現可能であることを確認できた。
Strategy for Future Research Activity	積層時の張力や温度、コンパクション圧力を変化させた場合のひずみ変化挙動を比較することで、複合材料の成形後の反り変形に影響を与える残留応力メカニズムを明らかにする。また光ファイバ形状センサを用いることで、Gap/Lap部やL型部材で厚みが不均一化する変形挙動をその場観察する。