2022 Fiscal Year Annual Research Report
Simulation of impregnation of CFRP with curved fiber orientation and establishment of fiber orientation analysis method
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20K04166
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| Research Institution | Meisei University |
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Principal Investigator |
小山 昌志 明星大学, 理工学部, 准教授 (00453829)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
武田 浩司 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター, 技術支援本部多摩テクノプラザ複合素材技術グループ, 副主任研究員 (20560163)
窪寺 健吾 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター, 技術支援本部多摩テクノプラザ複合素材技術グループ, 主任研究員 (40463004)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | CFRP / VaRTM / 樹脂含浸 / 流動シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は複雑な繊維配向性を有する繊維織物はCFRP成形時の樹脂含浸工程で樹脂の充填において生じる円板構造における全体のバランスの不均一性を引き起こすとともに、機械的特性の低下を招く要因となる成形時の樹脂の未充填部による空孔の残留し解明に向けて、CFRP成形において、織物に樹脂を含浸、硬化させる工程での繊維の配向状態と樹脂の含浸状態の関係をデジタルマイクロスコープによる可視画像、および実験により得られた解析パラメータを用いて円板型繊維織物への含浸シミュレーションを実施した。その結果、繊維の配向性に伴う浸透率の変化を考慮したパラメータの設定により含浸実験と解析の一致が可能であることが示された。
また、応力解析により、繊維乱れの要因が樹脂含浸時の流入圧力であることを明らかにした。これらの結果を基に含浸時の流入圧力の制御可能な渦状な樹脂流動経路の提案を行い、含浸実験および流動解析によるシミュレーションにより繊維乱れの抑制が可能であることを示した。
同時に繊維乱れの確認に向けてアクティブサーモグラフィ法を用いて赤外線サーモグラフィによる温度画像が、繊維乱れの確認に対して有効な手法であることが示唆された。
また、CFRPは樹脂含浸時に樹脂の流動特性により、製織時と比べ繊維配向の変化、乱れ等が起こりうる。この成形時の繊維配向性の変化は材料の機械特性に大きく影響を及ぼす。そこで、サーモグラフィ法と同時にリングバースト試験、および層間せん断試験、引張試験等を行い、材料の繊維配向性、樹脂含浸状態などの成形性を、複合則による理論計算から算出される剛性、強度と、成形体の特性比較により定量的な評価により繊維乱れの抑制に対して、本解析を用いた含浸シミュレーションの有効性が示された。
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