| 研究課題/領域番号 |
21K14415
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分26030:複合材料および界面関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
川越 吉晃 東北大学, 工学研究科, 助教 (00884199)
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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 |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
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| キーワード | マルチスケールモデリング / CFRP / 分子動力学法 / 散逸粒子動力学法 / 有限要素法 / 量子化学計算 / GRRM / 熱硬化性樹脂 / マルチスケール |
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| 研究開始時の研究の概要 |
CFRPは一般に母材となる熱硬化性樹脂を剛直な炭素繊維で強化することで高い比強度を生んでおり、その靭性・長期耐久性は母材樹脂に強く依存する。本研究では粗視化手法である散逸粒子動力学法（DPD）を用いて、熱硬化性樹脂の架橋反応をモデル化し、メゾケール架橋構造形成シミュレーションを行う。母材樹脂における架橋構造の不均一性のようなメゾスケール構造を再現し、有限要素法（FEM）によるマクロ解析へと接続することでより高精度なCFRPの物性・特性予測を可能とする。
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| 研究成果の概要 |
本研究では量子化学計算，分子動力学法，散逸粒子動力学法，有限要素法といった様々なスケールにわたる解析手法を連携し，エポキシ樹脂を母材樹脂とする炭素繊維強化複合材料の成型時残留変形や強度を予測するマルチスケールモデリング手法を構築した．これにより複合材料がもつ原子・ 分子スケールから積層板スケールまでの階層的特性を考慮しながら，樹脂分子構造を出発点とし複合材料積層板の各種挙動の予測が可能となった．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
炭素繊維強化複合材料はその高い比剛性，比強度から軽量化が求められる航空機などの構造部材としての利用が拡大している．一方で，その変形・破壊のメカニズムは従来の金属材料に比べてはるかに複雑なものになっている．本研究ではさまざまなスケールの解析手法を連携することで，複合材料開発の出発点である樹脂の分子設計から複合材料のマクロな変形・破壊までをモデリング可能な手法を構築した．これによって分子設計の段階から複合材料の多くの特性が予測可能となり，材料開発のスクリーニングやコスト・時間削減に貢献できる．
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