大口径衝撃銃によるポリマー材料の応力緩和構造と衝撃波伝播の非定常性の解明

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13750844
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 森 保仁 九州大学, 工学研究院, 助手 (80243898)
• Keywords: ポリマー材料 / 平面衝撃波 / 衝撃応力の緩和構造 / 波面伝播の非定常性 / 一段式衝撃ガス銃 / 高速度流しカメラ / 台形プリズム / PVDF応力ゲージ

Research Abstract

本研究の当初の目的は、口径100mm、長さ3mの大口径発射管を製作し、これを既存の一段式衝撃ガス銃の観測室と組み合わせることであった。計画では、ポリマー材料内に持続時間の長い平面衝撃波をより長い距離伝播させ、波面背後に生じる応力緩和構造を計測して衝撃波伝播の非定常性を解明する予定であった。しかし金額的な問題からこの計画は断念した。次に、既存の衝撃銃の観測室に大きなダンパー室を設けることにより、飛翔体の駆動ガス圧力を従来の約3倍にして飛翔体の最大速度を約800m/sまで上げることを計画した。しかしガス圧力を高くすると、衝撃銃の高圧室内にあるピストンが壊れる可能性が高く、この計画も断念せざるを得なかった。
そこで本研究では、衝撃銃の改良は行わずに応力緩和構造と衝撃波伝播の非定常性のより高精度な計測法の確立を目指した。具体的には、これまでターゲットの自由表面上における入射光の全反射を得るために使用していた三角プリズムを、特注の台形プリズムに変更した。このことにより、計測用光源の入射角がターゲットに対してほぼ垂直となる場合でも全反射を実現可能となり、これまで高速度流しカメラからターゲットを見た際に生じていた視差をほぼ完全になくすことが可能となった。この特注台形プリズムは必要な長さにカットする必要があるため、専用の切断装置を購入した。この台形プリズムを使用することにより、特に衝撃波伝播の非定常性を計測する際に問題となっていた視差による影響はなくなり、高精度な実験を行うことに成功した。現在、三角プリズムを用いて得られた結果とは異なる非常に盈味深い実験結果がポリエチレンなどのポリマー材料を用いて計測されつつある。