| 研究課題/領域番号 |
25420850
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
西川 雅章 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60512085)
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| 研究分担者 |
北條 正樹 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70252492)
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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 | 機能性ポリマー複合材料 / 展開性能 / 温度計測 / 形状固定・形状回復 / 有限要素解析 |
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| 研究概要 |
宇宙展開構造用途として機能性複合材料システムが期待されており，特に形状記憶ポリマーを利用したシステムは加熱のみによる展開が可能であるという長所を有する．形状記憶ポリマーの材料特性は温度に依存しており，ガラス転移温度を境に熱力学的特性が変化することで，優れた形状固定性・形状回復性を発揮する．これが宇宙展開構造応用には重要な特性であり，温度に依存する材料の変形特性の制御が最終的な展開精度を支配する．そこで本研究では，このような機能性複合材料システムの展開特性を最適化するための知見を得るため，加熱機構を内蔵した機能性複合材料システムを製作し，その温度伝達・展開能力の実験的評価を実施した．
まず，加熱機構を組み込んだ機能性ポリマー複合材料の製作については，プレス成形による製作方法を応用した．加熱機構としては，変形時の柔軟性等の観点から，細径の電熱線による加熱方式を採用することとした．製作した材料に対して加熱中の温度計測や展開試験を実施した．電熱線の配置および印加電圧を変化させた試験を行った結果，定常状態の温度分布に関して，非加熱部の温度が加熱間隔や加熱部の温度に依存することが示された．また，この温度分布が展開率に影響していることが展開試験により示された．以上のことから，加熱する位置と温度を変化させると，展開部と非展開部の展開特性が変化し，これを力学的に制御できれば，最終的な平均展開率を制御できる可能性があることが示唆された．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
プレス成形によって製作した形状記憶複合材料と細径の電熱線による加熱方式により，加熱のみで展開可能な機能性複合材料システムを製作することが可能となった．また，加熱条件の制御によって，この展開用機能性複合材料システムの展開率の設計が行える可能性が実験的に示唆された．今後，展開特性の最適化を実施する上で有用な結果が得られていると言える．
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| 今後の研究の推進方策 |
現在までに，加熱機構を内蔵した機能性複合材料システムの作製を実現して，展開試験により加熱条件と展開率の関係について実験的に求めることができる段階まで到達した．また，展開率の制御に活用することを目的に，有限要素解析による熱伝導解析と変形解析を用いた力学モデル化を進めている．今後，さらに任意の条件での展開率を再現できるモデルに発展させることで，展開特性の最適化に用いることが可能な力学モデルを構築する．また実際の宇宙展開応用においては高い展開精度が求められるため，現在実施している展開率の計測について，画像撮影による三次元変形計測手法を用いてより高精度に測定することも検討する．
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