| 研究課題/領域番号 |
15360452
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| 研究機関 | 独立行政法人宇宙航空研究開発機構 |
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研究代表者 |
佐々木 進 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部・宇宙情報・エネルギー工学研究系, 教授 (00092221)
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| 研究分担者 |
田中 孝治 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部・宇宙情報・エネルギー工学研究系, 助教授 (90321570)
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| キーワード | 薄膜 / 衝撃破壊 / メテオロイド / スペースデブリ / プロジェクタイル破砕 / 境界条件 |
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| 研究概要 |
宇宙の大型の薄膜構造物では、超高速のメテオロイドやスペメースデブリなどの宇宙浮遊物による衝撃破壊が日常的に発生する。大型の薄膜構造物では、超高速の宇宙浮遊物による局所的な破損は不可避であることを前提として、局所的な衝突破壊を機能的に許容できるような設計が要求される。本研究は高速浮遊物による薄膜の破壊のメカニズムを調べるとともに破壊の伝搬を抑えその規模を低減するような薄膜の構造様式を見いだすことを目的としている。実験は宇宙研に設備されているレールガンからの高速飛翔体(1g、4〜5km/s、ポリカーボネイト)を用いて実施した。薄膜ターゲットの場合はバルクのターゲットと異なり、プロジェクタイルは薄膜を通過するが、通過時にプロジェクタイルが破砕した場合は、破砕しない場合に比べ後方の物体に非常に強い広範囲にわたる破壊を与える。本年度はポリイミドやアルミをはじめ各種の薄膜ターゲットで衝撃実験を実施し、ターゲットの面密度とプロジェクタイルの破砕の関係を調べた。この結果から、プロジェクタイル(形状、重量、速度)が同じであれば、破砕の閾値は物質によらずターゲットの面密度で決まることが判明した。破砕の閾値は、衝突時の運動量の変化に対し音波がプロジェクタイルを伝搬する時間撃力が働くと仮定すれば、プロジェクタイルの圧縮強度と概ね一致する。薄膜の破壊の拘束条件への依存性については、直方形のターゲットの3辺が非拘束(即ち上辺のみで保持)の場合と、4辺全て拘束の場合、及び円環で周囲を拘束した場合について、破壊の規模を調べた。一般的な傾向として、以下の結論が得られた。
1.同じ膜の大きさで同じ弾の速度であれば、周辺が全て拘束されている方が1辺のみ拘束されている場合よりも膜が破断しやすい(ただし周辺が全て拘束されている場合でも破断が発生する場合と発生しない場合がある)
2.周辺が非拘束の場合でも、弾の速度が速い場合は膜が破断する
3.周辺が拘束の場合でも破断しなかったのは正方形拘束の場合のみである
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