2014 Fiscal Year Research-status Report
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25420202
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| Research Institution | Tokuyama College of Technology |
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Principal Investigator |
鈴木 厚行 徳山工業高等専門学校, 機械電気工学科, 准教授 (40450142)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 超音波振動 / 衝撃吸収 / 高張力鋼板 / CFRP / Blaha効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
自動車などはクラッシャブルゾーンが潰れることなどによって衝撃を吸収するが、歩行者を巻き込む事故など十分に衝撃を吸収できないケースは多い。そこで、衝撃を受けた瞬間に車両を構成する金属などに超音波を印加することで、変形抵抗を低下させ、衝撃吸収度を向上させる方法を考案した。これまでの研究ではアルミニウム合金（JIS A6063）に超音波を印加したときの変形特性や衝撃軽減特性について検討してきた。本研究では、自動車に広く使用されている高張力鋼板（ハイテン）や今後の自動車素材として注目されている炭素繊維強化プラスチック（CFRP）などに超音波を印加し、落錘衝撃試験を行うことでどの程度の衝撃が吸収できるか確認する。平成26年度に実施した主な研究内容を以下に示す。
（１）CFRPや熱可塑性樹脂の場合でも超音波による衝撃軽減効果があることを確かめた。厚さ4 mm、幅20 mm、長さ200 mmのCFRPを用いて実験した結果、超音波を印加することによってCFRPの変形抵抗は最大で11%低減し、衝撃力は最大で93%低減した。また、超音波振動子に印加する電圧を増加させると衝撃力が減少することを確認した．
（２）自動車等に設置するには超音波振動子の小型が必須である。そこで、全長 435 mm、重さ 4.54 kg であった超音波振動子を全長 195 mm 重さ 0.92 kgまで小型化し、振動特性・衝撃軽減特性等を測定した。衝撃力－変形特性を測定した結果、超音波振動によって変形量は最大で36%増加した。また、超音波振動子の駆動電圧を増加させると、スプリングバック量が伴って減少することを確認した。超音波振動によってスプリングバック量は最大で25%減少した。衝撃軽減特性を測定した結果、超音波振動によって衝撃力は最大で18%減少した。
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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
当初の予定通り、素材が変形中でも振動を伝えやすくするために、超音波振動子の先端をアール形状にした。また、耐圧縮荷重の大きな衝撃用ロードセルを購入して、衝撃力を直接測定できるようにした。現在までの研究では、高張力鋼板およびCFRPに超音波を印加して落錘衝撃試験を行い、どちらの素材でも変形抵抗と衝撃力が低減することを確認している。
また、自動車のシャシを模した構造体用の超音波振動子としては、これまで実験で使用してきた超音波振動子（直径 54 mm、全長 435 mm）は大きすぎるため、小型化した超音波振動子（直径 40 mm、全長 195 mm）を製作し、小型化しても変形抵抗と衝撃力が低減することを確認している。自動車のシャシを模した構造体の設計もできている。超音波振動による熱可塑性樹脂の溶融現象を利用した衝撃軽減装置も製作し、変形抵抗と衝撃力が低減することを確認している。
衝突をセンサで感知した後に、超音波を印加する回路の製作・衝撃吸収装置の応答速度を確認はまだ行っていない。
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| Strategy for Future Research Activity |
CFRPでも超音波の印加によって変形抵抗と衝撃力が低減することはすでに確認しているが、データ数が少ないため、更に実験を進め、効果の大きい条件を探す。また、自動車のシャシを模した構造体（材質：高張力鋼板）を製作し、落錘衝撃試験を行って超音波を用いた衝撃軽減装置の効果を確かめる。自動車のシャシを模した構造体には直径 40 mm の超音波振動子を３本ボルトで結合する。落錘衝撃試験では、衝撃力・変形挙動などを測定する。それぞれの実験において超音波の効果が弱い場合は、超音波振動子の各部や変形試料の接触部にラップ加工を施す。力率補正・マッチング・入力波形の変更など電気的な対処についても検討する。
衝突をセンサで感知した後に、超音波を印加する制御回路を製作し、衝撃吸収装置の応答速度を確かめる。制御用マイコンにはArduinoを用いる。
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| Causes of Carryover |
衝撃印加用落錘の位置調整用にポジション・インジケーター付手動ユニット(MISUMI KULDP20-C-470)を購入する予定であったが、若干残額が足りなかったため次年度に購入することになった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
翌年度分の助成金と合わせてポジション・インジケーター付手動ユニット(MISUMI KULDP20-C-470)を購入する。
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