| 研究課題/領域番号 |
09305009
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
中野 元博 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (40164256)
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| 研究分担者 |
山内 良昭 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (00252619)
田中 和夫 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (70171741)
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| キーワード | レーザ / 衝撃波 / 航空宇宙材料 / CFRP / スポール破壊 / 層間はく離 / 超高速フレーミングカメラ / 有限要素解析 |
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| 研究概要 |
本研究の目的は先進航空宇宙用材料の超高速破壊のメカニズムを明らかにし、今後の航空宇宙機器用構造材料の開発に対して、耐衝撃性向上のための指針を示すことである。昨年度は、レーザー加速飛翔体による超高速破壊試験を行い、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)の変形過程をフレーミングカメラにより撮影することに成功した。
本年度は、試験後のCFRPターゲットの飛翔体衝突裏面および断面を光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡、レーザー顕微鏡を用いて詳細に観察した。その結果、飛翔体衝突部分の真裏では、引張開口型(モードI)破面が観察された。飛翔体衝突部分から外れた部分の裏側では、層間せん断型(モードII)破面が観察された。また、ターゲット断面の観察では、複数の層間がはく離しているのが見られた。以上のことから、CFRPの超高速衝撃下における破壊は、1.スポール破壊によるモードIき裂発生、2.炭素繊維に沿った方向のせん断によるモードIIき裂進展、3,引張りによる最外層炭素繊維の破断という一連のメカニズムにより生じると推定される。レーザーのエネルギーが低い場合は、上記の破壊メカニズムにおいて繊維の破断にまで至らない損傷が生じていることも確認された。
また、三次元衝撃解析ソフトDyna3Dを用いて、超高速衝撃試験のシミュレーションを行った。超高速破壊試験により得られたフレーミング像、破面・断面観察から想定される破懐メカニズムを考慮した衝撃試験を数値解析モデルで表現し、そのモデルを用いてシミュレーションを行った。その結果、スポール破懐を伴うCFRPの衝撃変形が実験結果とよく一致することを確認した。
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