| 研究課題/領域番号 |
25420850
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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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| 研究実績の概要 |
宇宙展開構造用途として，加熱により展開可能な機能性複合材料システムは，展開を駆動するアクチュエータが不要であること，複数箇所を同時に加熱により展開することによって展開の信頼性を向上できる可能性があること，展開後に高い剛性が得られることなどから期待されている．本研究では，加熱により形状変化が起きる形状記憶ポリマーを炭素繊維織物で強化した複合材料に加熱機構を組み込んだシステムを前年度までに提案し，加熱温度分布の調節により，展開率を制御できることを実験的に示しており，さらに，実験結果を熱伝導解析と材料の粘弾性解析により再現可能であることを実証した．一方，このような展開構造において所望の展開率が得られるかどうかは，展開プロセスにおいて安定的に変形可能かどうかが重要な観点となる．そこで，提案する展開構造材料システムにおいて，複合材料の特性が展開のダイナミクスに与える影響を評価できる手法を確立することを目的に，最終年度は，展開時のダイナミクスを扱うことが可能なシェル要素シミュレーションを構築し，その精度の検証を行った．
具体的には，埋め込み座標系の枠組みで大回転を考慮したシェル要素を用いることで，動的陽解法解析により安定な展開解析を実施可能となった．この解析手法に基づいて，提案する機能性複合材料システムで用いている薄厚の織物複合材料を対象とし，その特徴的な力学特性である，引張と曲げ特性の違いを考慮可能な三層モデルによる解析手法を提案した．引張・曲げ分離モデルと比較した結果，提案する解析手法が精度よく安定的に展開挙動を扱うことが可能であった．提案する解析手法により，別途実施した平織CFRP薄膜の展開試験の結果を再現できることを示したほか，織り構造の向きによる展開挙動への影響などを明らかにした．以上により，提案する展開構造用複合材料システムの展開挙動についての解析的評価が可能となった．
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