2014 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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| 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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| Outline of Annual Research Achievements |
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26年度においては，平成25年度に開発した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の妥当性を実験的に検証した．このためまず，TR3110 381GMX炭素繊維／エポキシ平織繊維強化複合材料（三菱レイヨン製）を用意して短冊形試験片を切り出し，一定ひずみ速度による引張試験を実施した．負荷方向として主軸方向および非主軸方向を考え，試験温度は室温とした．また，解析を行うにあたり，供試材断面を電子顕微鏡により観察し，その情報に基づき解析モデル（ミクロモデルおよびメゾモデル）を作成した．また，45度非主軸引張試験の結果から，エポキシの非弾性特性を同定し，ミクロ・メゾモデルの母材部分に割り当てた．このようにして解析を行ったところ，得られた結果は上記引張試験の結果と精度良く一致し，開発手法の定量的な妥当性を示すことに成功した．これにより，本研究課題の第一ステージをクリアしたと言える．
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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，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し，平成26年度において開発手法を実験的に検証する必要があった．実際，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ており，また，平成26年度には「研究実績の概要」欄に記載した通りその実験的検証にも成功した．これらの成果は，「平成26年度の研究成果」欄に示された通り，査読付論文において公表されるとともに，国際会議および国内講演会において発表された（招待講演を含む）．以上のことから，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 |
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．これに先立ち，すでに汎用有限要素解析ソフトウェアLS-DYNAを試験的に導入し，検討を開始している．平成27年度には，本ソフトウェアのユーザーサブルーチン機能を利用して，平織繊維強化複合材料の非弾性マクロ構成モデルのインプリメンテーションを行い，本研究課題の第二ステージである複合材構造の高精度有限要素解析の実現を目指す．
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