2009 Fiscal Year Annual Research Report
極低温燃料タンク用CFRPの繰返し負荷下における損傷挙動とガス漏洩特性の解明
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21760648
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
横関 智弘 The University of Tokyo, 大学院・工学系研究科, 准教授 (50399549)
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| Keywords | 構造・機能材料 / 宇宙輸送機 / 複合材料・物性 / 水素 |
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| Research Abstract |
宇宙輸送機用極低温燃料タンクへの炭素繊維複合材料(CFRP)の適用性評価を目的として、極低温環境でも優れた性能を発揮する高靭性エポキシを用いたCFRP供試体を製作し、タンク構造に作用する引張荷重を模擬した繰返し引張荷重を試験片に付与し、誘発されるCFRP内の損傷累積挙動と燃料漏洩の関係に関して実験的な評価を実施した。非破壊検査によりCFRP内に累積する損傷状態を詳細に把握し、荷重付与後の損傷を有する状態でのCFRPのガス漏洩評価を実施し、マトリックスクラックなどのCFRP固有の損傷と損傷を経路とする燃料漏洩との関連を明らかにした。
繰り返し引張荷重により、CFRP内の層レベルの微視的損傷であるマイクロクラックが累積し、繰り返し数の増大とともに各層にマイクロクラックが累積することにより、漏洩経路を誘発しうることを実験的に確認した。しかしながら、低い荷重レベルでは、微視的損傷(マイクロクラック)は発生・累積するものの、CFRP内の全層に累積することはなく、その結果、安全性を損なうまでの燃料漏洩は生じないことも確認した。また、より高い安全性を確保するため、全層にマトリックスクラックが累積しない、もしくは、累積しにくい積層方法についての検討も実施した。本年度のこの成果は、CFRPタンクが健全に製造されれば、ある程度の荷重や繰り返し数までは、安全性を保てることを示しており、極低温燃料タンクへのCFRPの適用性が高まったことを示唆しており、宇宙輸送機の高性能化への有意義な知見が得られた。
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