2023 Fiscal Year Annual Research Report
Quantification of the interaction between electrical anisotropy and lightning arc in CFRP to elucidate the lightning damage mechanism
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22H01691
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
平野 義鎭 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 航空技術部門, 主幹研究開発員 (90425786)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小笠原 俊夫 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20344244)
神山 晋太郎 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 航空技術部門, 研究開発員 (40916516)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | CFRP / 雷撃損傷 / 高速度撮影 / シュリーレン法 / 衝撃波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，複数の物理現象が短時間で重畳して起こるために，その詳細なメカニズムが未だ解明されていないCFRPの雷撃損傷に対し，実験的手法と解析的手法を組み合わせる事でそのメカニズムを解明し，高精度な雷撃損傷予測を可能とすることを目指す．特に，直接計測が難しい雷撃電流印加時に発生するアークルートの発達挙動と，同時に発生する衝撃波による機械的荷重，およびCFRPの有する高い電気的異方性がそれらに与える影響を解明し，数値解析に境界条件として与えることが課題となる．
この問題に対し，本年度は高速度撮影技術とシュリーレン法を活用した雷撃時衝撃波挙動の可視化に取り組んだ．CFRPの表面繊維方向，および直交方向，またCFRP供試体表面の金属メッシュによる耐雷保護層，および接着層の有無をパラメータとし，衝撃波挙動に与える影響を可視化した．これにより，最大電流値50kAまでの雷撃波形における衝撃波挙動の明瞭な像の取得に成功した．また，得られた画像を画像解析することにより，CFRPの表面性状が衝撃波電波挙動に与える影響を定量できる目処を得た．数値解析的なアプローチとして，実験的に取得されたCFRPの板厚方向のインパルス電流-電圧応答特性を実験式として導入した，FEMによる熱-電気連成解析，および電熱解析による雷撃損傷解析を検討した．その結果，従来手法よりも雷撃損傷予測精度の大幅向上が見込まれる事を確認した．
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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
当初の計画通り，試験による物理量の推定と，その結果を反映した数値モデル化，それらを反映した数値解析手法の構築について検討を進めることができている．
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| Strategy for Future Research Activity |
2023（令和5）年度に取得した，衝撃波の可視化画像について，画像解析による物理量の推定を進捗させる．またそれらの結果を用いたFEM解析による，雷撃時に生じる機械的荷重の同定に取り組んでいく．
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