2021 Fiscal Year Research-status Report
応力場伝播の可視化による超高速衝突損傷機構の解明およびデブリ衝突損傷抑制への応用
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21K04479
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| Research Institution | 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群) |
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Principal Investigator |
川合 伸明 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), 応用科学群, 准教授 (60431988)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 超高速衝突 / 衝撃破壊 / 高速度可視化計測 / 応力波伝播 / スペースデブリ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、深刻化する宇宙機とスペースデブリの超高速衝突問題に対して、超高速衝突損傷の形成・進展機構を明らかにし、その知見に基づいた衝突損傷制御法を提案することにより、将来の宇宙機の耐デブリ衝突性能向上に資することを目的としている。
本年度においては、研究実施計画にもとづき「応力場伝播および損傷進展の実時間可視化計測による損傷機構の評価」をテーマとして研究を推進した。Edge on Impactと呼ばれる衝突実験手法と、散乱光イメージング法および偏光シャドウグラフ法による超高速可視化計測を組み合わせることにより、超高速衝突により透明材料内部に形成される損傷の進展過程や応力波の伝播過程の実時間観察を行い、損傷形成・進展の評価を行った。脆性材料のモデルとしてソーダライムガラスおよび石英ガラスを、より延性的なモデル材料として透明ポリマーであるアクリルおよびポリカーボネートを、ターゲット材料として用いた。超高速衝突実験は2段式軽ガス銃を用いて、1-6 km/sの衝突速度条件で行った。ソーダライムガラスと石英ガラスとの損傷形成の比較では、ガラスのようなアモルファス材料においても、ミクロレベルでの僅かな構造の違いが、マクロな衝突損傷に大きく影響を及ぼすことが明らかとなった。また、アクリルとポリカーボネートの損傷進展の比較において、両者の塑性変形特性の違いによる内部損傷形態およびその形成過程違いを明瞭に可視化することに成功した。
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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
本年度の研究活動により、散乱光イメージング法と偏光シャドウグラフ法を組み合わせることにより、超高速衝突損傷の形成・進展過程における材料特性や衝突条件の影響を明瞭に可視化し、評価できることが示された。本結果により、研究計画における実験手法の妥当性が確認でき、次年度以降、研究計画を変更すること無く課題を推進していく目処が立ったといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初研究計画の通り、実験手法の妥当性が確認できたことから、引き続き研究計画に沿って実験を計画・実施していく。これまで、単一材料で実施してきた超高速衝突実験に加えて、人工的な接着界面を有する試験体に対しても衝突実験を実施し、接合界面の導入による応力場の伝播過程および損傷形成過程の変化を評価していき、最終的な目標である「超高速衝突損傷機構に基づいた損傷制御・抑制手法の提案」を目指していく。
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| Causes of Carryover |
研究代表者の所属機関が変わったことにより、研究・教育環境整備に時間を費やす必要があった。その結果、当初予定ほどの実験数を行うまでには至らず、その分の消耗品費が未使用として残る結果となった。また、COVID-19の影響により、本来開催されるはずであった海外での国際学会が延期となったため、その分の海外旅費および学会参加費が未使用として残った。2022年度においては、前年度実施予定であった実験を繰り越して実施するために、未使用分の物品費を使用する予定である。また延期された海外学会が2022年度に開催されることから、未使用分の海外旅費および学会参加費を繰り越して使用する予定である。
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