2013 Fiscal Year Research-status Report
航空機用複合材構造の高度設計開発に向けた新規ＢＢＡの構築
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25870101
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Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
松田 哲也 筑波大学, システム情報系, 准教授 (90345926)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 複合材料 / BBA / マルチスケール / 均質化 / 非弾性 |
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| Research Abstract |
本研究では，航空機用複合材構造の高精度・高効率な設計開発を目指した新規BBA（Building Brock Approach）を構築することを目的としている．これは二つのステージからなり，第一ステージでは，ミクロ・メゾ・マクロを完全にリンクしたトリプルスケール非弾性材料モデリングにより，繊維強化複合材料のマクロ非弾性特性を得る．第二ステージでは，非弾性マクロ構成モデリングにより上記で得たマクロ挙動を精度良く再現するマクロ構成モデルを作成し，それを汎用有限要素解析ソフトウェアに組み込むことで，複合材構造の有限要素解析を可能にする．以上からなる新規BBAを確立し，機体軽量化・グリーンエンジンプロジェクトを通じた航空機の省エネルギー化に寄与するとともに，航空機設計開発における我が国の国際競争力の向上に資する．
上記の目的を達成するため，平成25年度においては，複合材料に対するトリプルスケール非弾性材料モデリング手法を構築した．まず，複合材構造に用いられる代表的な複合材料である平織繊維強化複合材料をターゲットとし，そのトリプルスケールモデルを考案した．このモデルは，平織複合材料全体をマクロ構造，繊維束と母材をメゾ構造，繊維束内の繊維と母材をミクロ構造とするものである．さらに，我々が開発してきた時間依存変形の均質化法に検討を加え，上記トリプルスケールモデルに対応可能な定式化を行った．本手法を用いて，平織ガラス繊維強化複合材料および平織炭素繊維強化複合材料の弾-粘塑性解析を実施したところ，それらのマクロ挙動を定性的に良く再現できた．さらに，メゾスケールにおける応力・ひずみ分布に加え，これまで得ることができなかったミクロスケールにおける応力・ひずみ分布を解析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
本研究では，航空機用複合材構造の高精度・高効率な設計開発を目指した新規BBAを構築することを目的としている．このためには，交付申請書で述べた通り，平成25年度において，複合材料に対するトリプルスケール非弾性材料モデリング手法を開発する必要があったが，実際，上記「研究実績の概要」欄に記入したように，平成25年度において，当該モデリング手法の開発に成功し，後述の「研究発表」欄の通り，多数の国内学会および国際会議でその成果を公表した．これらのことから，本研究課題は研究計画通り進展していると判断できる．
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| Strategy for Future Research Activity |
交付申請書に記載したように，平成26年度においては，トリプルスケール材料モデリングの妥当性を検証するため，平織繊維強化複合材料の引張試験等を実施し，試験結果をトリプルスケール解析の結果と比較する．さらに平成27年度には，トリプルスケール材料モデリングにより得られた平織繊維強化複合材料のマクロ挙動をできるだけ精度良く再現する非弾性マクロ構成モデルを構築する予定である．加えて，得られたマクロ構成モデルを汎用有限要素解析ソフトウェアにユーザーサブルーチンを用いて組み込み，実際の複合材構造の変形解析を試みる．
特に，直近の平成26年度における開発手法の実験的検証については，すでに具体的に検討を行っている．試験対象として２種類の平織複合材料（平織ガラス繊維強化複合材料および平織炭素繊維強化複合材料）を考え，製造業者と連絡を取り合っている．また，試験の実施についても調整を開始している．このようにして検証試験を遂行し，開発手法の妥当性を確認することで，まずは本研究課題の第一段階である新規BBA構築に向けたトリプルスケール非弾性材料モデリングを完成させる．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
当該年度中に当該年度受領額分の経費執行を行ったが，支払いが次年度となったため．
当該年度における未払い分の支払いに使用する．
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