Evaluation of hypervelocity impact damage mechanism by visualization of stress field propagation and its application to space debris impact damage mitigation

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K04479
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 24010:Aerospace engineering-related
• 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)
• Principal Investigator: Kawai Nobuaki 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)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 超高速衝突 / 衝撃破壊 / 応力波 / 高速度可視化計測 / スペースデブリ

Outline of Final Research Achievements

This study was conducted to clarify the formation and propagation mechanisms of hypervelocity impact damage and to develop a methodology for mitigating and controlling of impact damage, with the goal of improving the debris impact resistance of future spacecraft. A real-time visualization method was developed for the formation process of hypervelocity impact damage and the propagation process of impact-induced stress waves, and the effect of the multi-layered structure of the target on the formation process of hypervelocity impact damage was evaluated. As a result, we succeeded in mitigating the formation and propagation of damage in the brittle material layer by appropriately layering polymeric materials as a shock-attenuation layer in the hypervelocity impact failure of the brittle materials.

Free Research Field

固体衝撃科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

宇宙機の超高速衝突損傷は、対象材料の機械物性と形状とを変数とした経験的な損傷評価式により評価されている。そのため、デブリ衝突への耐性向上を図る際、構造材料の機械的特性を向上させる以外の指針・方法論が無く、劇的なデブリ耐性の向上は難しいのが現状である。そのような状況に対して、本研究では、超高速衝突により生じる応力波と異種材接合界面との相互作用に着目し、多層化条件を最適化することにより、損傷を抑制することに成功している。本成果は、接合・積層条件のデザインにより超高速衝突損傷を抑制・制御するという新たな耐スペースデブリ設計指針に資するものとして期待される。