| 研究課題/領域番号 |
23K19085
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| 研究種目 |
研究活動スタート支援
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
0301:材料力学、生産工学、設計工学、流体工学、熱工学、機械力学、ロボティクス、航空宇宙工学、船舶海洋工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
龍薗 一樹 東北大学, 工学研究科, 助教 (60982791)
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| 研究期間 (年度) |
2023-08-31 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2024年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 炭素繊維強化プラスチック / 熱可塑性樹脂 / 残留応力 / 長期変形 / 異方性粘弾性 / 吸湿効果 / 幾何学的非線形 / マルチスケール解析 / 成形時残留変形 / 吸湿 / 残留変形 / クリープ変形 / 粘弾性 / 熱可塑性複合材料 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
熱可塑性複合材料は再成形可能でサステナブルな素材である反面、熱硬化性複合材料に比べて粘弾性特性が顕在化し、長期的な寸法変化が発生する。したがって、航空機の構造部材として長期的な強度を保証するには、成形時に発生する残留応力を把握し、それを駆動力とした長期変形（クリープ変形）を予測する必要がある。そこで本研究では、成形条件と使用環境に起因する熱可塑性複合材料の残留変形と長期変形の発生機構を解明し、変形量を予測する粘弾性マルチスケール解析を開発する。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、複合材料の成形時残留変形と長期変形の発生機構を解明し、これらの変形量を予測可能な粘弾性マルチスケール解析を開発した。対象とした材料系において、残留変形は熱可塑性複合材料（T700G/LM-PAEK）で顕著であり、長期変形は熱硬化性複合材料（T700G/2510）で大きいことが分かった。実験および解析結果に基づき、残留変形にはガラス転移温度以上における高い線膨張係数の寄与が大きく、長期変形には吸湿による弾性率低下の寄与が大きいことが明らかになった。さらに、繊維／樹脂スケールにおける異方性粘弾性特性の予測と積層板スケールでの変形解析により、実験の変形量を高精度に予測することに成功した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究では、複合材料の成形時残留変形および長期変形の発生機構に関する重要な知見を得たとともに、その知見に基づいた変形予測のための解析基盤を確立した。本研究で構築した粘弾性マルチスケール解析は、樹脂や一方向材の粘弾性特性および熱機械特性を取得するだけで、残留変形や長期変形を定量的に予測可能である。将来的に各スケールにおいて成形手法（自動積層、3Dプリンタ等）や材料の構成（繊維うねり、樹脂リッチ部、ボイド等）を反映させることで、煩雑な実験を介せずに選定した樹脂に最良な成形方法の知見を提供できる点で、本研究成果は工学的に高い意義を有する。
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