| 研究課題/領域番号 |
25289007
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
倉敷 哲生 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30294028)
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| 研究分担者 |
中西 康雅 三重大学, 教育学部, 准教授 (00378283)
宮坂 史和 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80304012)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | マルチスケール解析 / 複合材料 / 有限要素法 / 粒子法 / 樹脂流動 / 減衰特性 / 信頼性評価 |
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| 研究実績の概要 |
エネルギー問題の深刻化を受け，燃料電池自動車および水素ステーションが着目されている．従来の鋼製容器による輸送方式に替わり，高強度，軽量性に優れる炭素繊維強化プラスチック(CFRP)を用いた水素蓄圧複合容器が望まれるが，複雑な繊維束の交錯形状に起因し十分な強度が発現できない点が指摘されている．そこで，水素蓄圧複合容器の設計・評価手法の開発を目的に，粒子法に基づく成形時のミクロ構造の樹脂流動解析手法の構築と，マルチスケール解析技術による炭素繊維のメゾ構造の力学的特性評価を実施した．
粒子法によるミクロ構造の樹脂流動解析手法の構築に関しては，中間速度計算に対する陰解法の適用，剛体運動計算アルゴリズムの導入により樹脂と繊維の相互干渉を表現可能なモデルの構築を進め，高粘性流体および繊維の流動について繊維の流動により樹脂表面形状が変化し，樹脂内部では繊維の集中が生じることを示した．
また，ミクロ破壊を効率良く評価すべく，傾斜周期境界条件を用いて繊維垂直方向強度を評価し得るミクロ構造モデルを構築し，繊維強化複合材料の強度特性を支配する一方向性材のミクロ構造について，母材，強化材，界面の力学的特性を考慮した強度評価と破壊包絡線の評価を行った．さらに，メゾ構造モデリング手法について，メゾ構造の繊維束と樹脂を別々にモデル化し，同一スケールで重ね合わせて同時に解くマルチスケール解析手法を開発し，種々のメゾ構造の力学的特性の評価を行った．マルチスケール解析の概念を振動減衰モデルにも適用し，定式化するとともに解析プログラムを構築した．
これらに基づき，水素ステーション用Type4高圧容器の構造設計を行った．繊維の巻き角度，積層構成，口金の形状等の設計パラメータを変えた場合の複合容器のマクロ構造モデルを作成し，CFRP層へ与える応力の影響を緩和させる口金形状等の評価を可能とした．
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| 現在までの達成度 (段落) |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 次年度使用額の使用計画 |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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