| 研究課題/領域番号 |
21K03751
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分18010:材料力学および機械材料関連
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| 研究機関 | 愛媛大学 |
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研究代表者 |
黄木 景二 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 教授 (70281194)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | CFRP / 層間はく離 / 穿孔加工 / 電気インピーダンス / FBGセンサ / 層間強化 / デラミネーション |
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| 研究開始時の研究の概要 |
航空機構造などに用いられる層間強化炭素繊維強化プラスチック（CFRP）について，埋め込み光ファイバ（FBG）センシングと電気インピーダンス法を併用して，穿孔中のひずみ，インピーダンス変化，および加工（スラスト）力をその場モニタリングすることにより，穿孔損傷挙動を解明する。また穿孔加工中における層間はく離が発生する臨界スラスト力を予測する式を破壊力学により定式化する。
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| 研究実績の概要 |
汎用グレード擬似等方性CFRP積層板内部にFBGセンサを埋め込むとともに，表面に電極を取り付け，穿孔加工中の内部ひずみおよび電気インピーダンス変化から，ダイアモンドコーディングしたドリル刃出口付近の層間はく離（push-out delamination; POD）が発生するタイミングを検知し，POD発生時の臨界ストラス力を推定することを試みた．
令和３年度までに，治具の製作，実験システムの構築，スラスト力校正のための押し込み試験，加工条件（送り速度と回転数）とデラミネーションファクタ（PODの大きさ）の関係を明らかにした。予備的な穿孔実験では，デラミネーションファクタが大きい場合について，電気インピーダンス（大きさと位相角の両方）の変化から，PODの発生・進展の様子とPOD発生時の臨界スラスト力を同定できたが，デラミネーションファクタが小さい場合は電気インピーダンスの信号からのPOD同定が困難であった。
そこで，令和４年度は出口側の小さなPODを検知するために，電極形状を円電極に変更したところ，小さいPODでも敏感に検知することが可能になった。また信号処理として，電気インピーダンス変化率の微分によってPODの発生・進展によるインピーダンスの微細な変化を捉えることができた。一方，PODが大きい場合と異なり，PODが小さい場合，位相角の変化はほとんど現れないことが分かった。
以上の成果について，令和４年度内に，4件の学会発表（うち2件は国際学会）を行った。また本研究に関連してせん断加工に関する研究論文1報を邦文雑誌で発表した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
汎用グレードのCFRP積層板について電気インピーダンス法とFBGセンサを併用して穿孔中の加工損傷（POD）発生タイミングを検知することができた。今後，航空機グレード（層間強化タイプ）CFRPでも検証できれば当初の目的が達成できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
加工損傷（POD）以外のインピーダンス変化の要因として，①変形，②切削（材料除去）がある。そこで今後，①，②によるインピーダンス変化量を定量的に測定し，航空機グレード（層間強化タイプ）CFRP積層板で手法の有効性を検証する。
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