| 研究課題/領域番号 |
25289306
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| 研究機関 | 静岡大学 |
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研究代表者 |
矢代 茂樹 静岡大学, 工学研究科, 准教授 (00452681)
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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 | 複合材料・物性 / 航空宇宙工学 / 高速衝撃 / 解析・評価 / 粒子法 |
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| 研究実績の概要 |
まず，平成２５年度に提案した，一般化座標系への写像によって計算効率を改善したSmoothed Particle Hydrodynamics (SPH)を，高速衝撃に伴う大変形を表現できるよう定式化し，プログラムに実装した。アルミニウム板への鋼球の高速衝撃の実験結果（平成２５年度に実施）に対して解析を行い，応力波の伝搬やクレーター形状の比較によって，解析の妥当性と解析コストの削減効果を実証した。
次に，上記SPHに直交異方性構成則を適用し，CFRPクロスプライ積層板への柔軟体の高速衝撃を実験と同じスケールのフルモデルで解析した。予測されたCFRP積層板の変形状態は，ハイスピードカメラによるCFRP試験片の変形の観察結果とおおむね一致した。ここで用いた構成則はひずみ速度依存性のない一般化フックの法則であるが，ひずみ速度依存性は，マクロな視点では大きくないことがわかった。また，従来のSPHによるフルモデルの解析は計算コストが大きすぎて大型計算機を使用しないと実施できないが，提案しているSPHを用いれば汎用ワークステーションで解析を実施可能であり，提案手法の有用性を実証した。
提案SPHによるCFRP積層板の高速衝撃解析において，応力基準による損傷発生の判定と，損傷した粒子の剛性低下を組み込んだ。予測された損傷の形態は高速衝撃試験後の試験片に観察された損傷と異なり，損傷の取り扱いには改善が必要であることがわかった。
また，高速衝撃試験機を試作した。これは，飛翔体を収めたサボをフライホイールで加速する装置である。速度計測機の調整を残しているものの，実際に飛翔体を発射できることを確認した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
解析において，応力基準による損傷発生の判定と損傷した粒子の剛性低下による損傷の表現では実験結果を再現できず，損傷則または損傷粒子の取り扱いが適切でないことが明らかになったため。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成２７年度には，計算効率を改善したSPHを用いた複合材料積層板の柔軟体衝撃損傷進展シミュレーションを完成させる。特に（１）CFRP積層板の損傷則の改善，（２）CFRP単層板に対する直交異方性の速度依存性構成則の適用，（３）柔軟体の構成則の改善，という３点に取り組む。
CFRP積層板の損傷則と損傷粒子の処理について，特に，柔軟体衝突によって大規模に発生することが予想される層間はく離と判定された粒子の処理を改善する。板厚方向により細かい粒子によるモデルによって解析を行い，従来の損傷粒子の処理における問題点を明確にする。その上で，損傷粒子の処理（剛性低下，応力の除去）を最適化する。
また，CFRP積層板の構成則について，現状の線形弾性体から，ひずみ速度依存性をもつ粘塑性構成則の導入を試み，CFRP積層板の動的変形挙動に及ぼすひずみ速度の影響を調査する。さらに，柔軟体の構成則の改善も試みる。現状のユゴニオ状態方程式に基づく構成則では，柔軟体球が衝突時にがつぶれるだけで，実験で観察された飛び散る挙動を再現できない。これは，CFRP積層板の変形挙動や応力の伝搬にも影響を及ぼすため，実験で観察された現象を再現できるように改善する。
実験に関しては，平成２６年度に試作した高速衝撃試験機の計装化を完成させ，柔軟体衝撃試験を実施する。実験・解析両面からCFRP積層板のの柔軟体衝突損傷メカニズムの解明を試みる。柔軟体衝突損傷を支配する材料パラメータを特定し，材料特性や積層構成に対する耐衝撃性を考察する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
平成２５年度終了時点よりも次年度使用額は減っており，おおむね計画通りである。平成２６年度にCFRPプリプレグシートを購入しなかったことも，次年度使用額が生じた一因である。
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| 次年度使用額の使用計画 |
連携研究者のもとでの実験（国内出張）を平成２７年度に実施し，実験データの充実を図る。
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