Higher precision measurement on mechanical properties of materials based on the Taylor impact test for reductions in damage from hyper velocity impacts
| Project/Area Number |
20H02353
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 24010:Aerospace engineering-related
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
岩本 剛 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (40274112)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥18,460,000 (Direct Cost: ¥14,200,000、Indirect Cost: ¥4,260,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2020: ¥13,390,000 (Direct Cost: ¥10,300,000、Indirect Cost: ¥3,090,000)
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| Keywords | 超高速衝突 / 損傷回避 / 材料力学特性 / テイラー衝撃試験法 / 高精度測定 |
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| Outline of Research at the Start |
材料の力学特性試験は103/sまでの高ひずみ速度域までにおいて確立されているが，宇宙ゴミの衝突による損傷の軽減など，宇宙開発の上で想定される105/s 以上の超高ひずみ速度域ではテイラー式衝撃試験(TI)法が唯一の方法となる．しかし，従来TI法では一本の応力－ひずみ，ひずみ速度(SS)曲線を描くために，膨大な試験回数が必要である．本課題では，外力，変形，速度，さらに超高速領域試験では未知であった温度分布を高速イメージングとファイバーセンシング等の組合せにより，実時間で測定する拡張TI法を実証し，各要素技術を高精度化することで一度の試験回数により，単一のSS曲線が得られる手法として確立する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
以下で詳細に説明する項目を設定し，２０２０年度から並行して３年間で実施する．なお，各表題内の担当者は，申請者，研究協力者で画像解析が専門である大島商船高専の杉野教授，申請者が指導する博士課程後期在籍の高，及び博士課程前期へ進学予定の倉元である．
①検力装置の製作と計測装置の構築（岩本，高）・・・試験片によるくぼみ変形の低減のため，超硬質の炭化タングステンを用い，衝撃外力を計測することが可能なホプキンソン棒法に基づく検力装置を製作した．
②既開発のテイラー式衝撃試験装置への実装と外力の時刻歴計測（岩本，高，倉元）・・・①の検力装置を実装した．その後，純アルミを対象に実際に試験を実施し，外力の時刻歴を計測し，所望の高速な計測が可能であるかを確認した．
③高速度カメラによるひずみ分布計測（杉野，高）・・・②の試験と同時に，今回申請の高速度カメラを使用し，試験片がホプキンソン棒端面に衝突する動画を撮影した．動画から静止画を得て，画像中の試験片外形から半径ひずみを計測し，変形中体積一定の仮定に従って試験片軸方向のひずみを算出し，時々刻々のひずみ分布を得た．
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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
当初の年度計画の9割以上は進展していると判断する．上述の項目①は9割，②，③については，全て完了していることが理由である．
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| Strategy for Future Research Activity |
項目を設定し，２０２０年度に実施した上述の①から③に引き続き計３年間で実施する．なお，括弧内の担当者は上述と同じである．
④内力分布の算出と応力－ひずみ曲線の取得（岩本，高）・・・内力が弾性と塑性の2つの領域において異なる空間勾配を持つと仮定し，２直線近似により内力分布を得る．内力分布に②の外力値を導入し，前年度実施の項目③の結果から断面積分布を求め，両者の除算により応力分布を得る．ある時刻における応力分布と②のひずみ分布を重ね合わせ，応力－ひずみ曲線を一度の試験で得ることを試みる．
⑤変形中の温度測定の試み（岩本，高）・・・保有の赤外線温度測定用素子と光ファイバを用いて遠隔測定を試みる．試験片がホプキンソン棒の一端に衝突する直前の位置に光ファイバの一端を設置し，試験片の一点における温度の時刻歴を測定する．昨年度実施の③のひずみ分布と④の応力分布より，断熱変形を仮定し，温度分布を算出する．
⑥検証実験の実施と有限要素解析による妥当性検討（岩本，高，倉元）・・・既開発の小型分割式ホプキンソン棒法，拡張前のテイラー衝撃法試験，作成済みの有限要素解析モデルを用いた商用コードにより，温度，ひずみ速度の測定を含めて，本研究の結果と比較し，妥当性を検討する．
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Report
(1 results)
Research Products
(6 results)
