• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2018 年度 実績報告書

急速加熱時における耐熱CFRPの局所面外変形を伴う内部損傷の発生機構解明

研究課題

研究課題/領域番号 16K06891
研究機関東京理科大学

研究代表者

小柳 潤  東京理科大学, 基礎工学部材料工学科, 准教授 (60386604)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワードCFRPアブレータ / 数値解析 / 層間はく離 / マルチフィジックス / 大気圏再突入
研究実績の概要

宇宙輸送機のエンジンノズルや,大気圏再突入時の耐熱材料としてカーボン繊維強化フェノール複合材料が用いられている.以下この材料をアブレータと呼ぶ.アブレータはフェノール樹脂の熱分解に熱エネルギーを消費させ,内側への熱の流入を小さくする働きを有する.アブレータは状況によって1000℃~3000℃,ときにはそれ以上の温度でかつ,活性雰囲気にさらされる.このためアブレータのような耐熱材料に対しては,基本的には酸化に関する研究がこれまでに多くなされている.
またこれはアブレータ特有の事象であるが,急速加熱にさらされるため,その熱変形挙動が実は正確に追従できていない.ここで言う熱変形挙動とは線形な熱膨張等を示すのではなく,熱分解に伴うアブレータの収縮や,温度差が生む熱応力にともなうアブレータの損傷等の不可逆な変形である.すなわち,フェノール樹脂は熱分解時に気体を放出し,自身は収縮するという複雑な挙動をとり,これに起因するアブレータの損傷を含む変形は正確にシミュレートされていない.挙動を複雑にするもっとも大きな要因は,熱分解ガスによる内部圧力の増加に伴う面外変形を伴う層間はく離の発生である.準静的な加熱環境では熱分解ガスはアブレータ内部を浸透して外に出ることができるため内部圧力は無視できるが,急速加熱時には,そのガスが供試体外部へ出る速さよりもさらなる熱分解によって新たにガスが発生する速度が勝り,供試体の内部圧力の増加が起きる.この挙動を正確に予測できるようになれば,現在使われているアブレータの設計がさらに効率化されると期待できる.将来的には熱分解等を考慮した熱伝導―化学反応―変形の連成解析をおこなうことが望ましい.2018年度は様々な急速加熱試験を実施し,得られた数値解析結果の妥当性を示すことで,はく離発生が定量的に予測できる技術を確立できたことを確かめた.

  • 研究成果

    (2件)

すべて 2018

すべて 雑誌論文 (1件) 学会発表 (1件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] A Numerical simulation of delamination caused by internal gas pressure for mid-density CFRP2018

    • 著者名/発表者名
      Koyanagi Jun、Shinba Kenta、Fukuda Yasuhiro、Hirai Kenichi、Nakazato Akiko、Yoshimura Akinori、Aoki Takuya、Kogo Yasuo
    • 雑誌名

      Composites Part A: Applied Science and Manufacturing

      巻: 115 ページ: 255~263

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2018.10.004

  • [学会発表] Delamination Caused by Internal Gas Pressure for Heat-Resistant CFRP Subjected to Rapid Heating2018

    • 著者名/発表者名
      Kenta SHINBA , Jun KOYANAGI, Yasuo KOGO
    • 学会等名
      13th International Symposium on Advanced Science and Technology in Experimental Mechanics
    • 国際学会

URL: 

公開日: 2019-12-27  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi