2014 Fiscal Year Annual Research Report
複雑形状を有する複合材料の残留変形抑制および品質保証技術の開発
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14J05837
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
高垣 和規 東京大学, 新領域創成科学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | 炭素繊維強化プラスチック / 複雑形状CFRP / 光ファイバセンサ / 残留変形・残留応力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
炭素繊維強化プラスチック(CFRP)は高比剛性・高比強度を有するため、軽量化が求められる航空機をはじめ広く適用が進んでいる。しかし、複雑形状を有するCFRPでは成形時にSpring-in変形をはじめとする残留変形および残留応力が生じ、寸法精度および強度の低下に結び付く。これらの現象を理解し、抑制することは、CFRPのさらなる適用に不可欠である。一般的に残留変形は形状計測により評価されるが、本研究では光ファイバセンサを利用し、ひずみレベルでこれらの現象を理解することで、より深い知見を得る。また、その知見を基に残留変形・残留応力の低減を目指す。今年度の成果は以下のとおりである。
まず、複雑形状CFRPで問題となる板厚方向ひずみの計測手法として、光ファイバセンサの板厚方向埋め込み法を確立した。平板およびL型試験片のコーナー部へ光ファイバセンサを埋め込み、成形時のひずみ変化をモニタリングした。次に、CFRPパイプにおける残留応力低減手法について考察した。理論考察および有限要素解析により、積層構成がCFRPパイプの残留応力に与える影響を調査した。その結果に基づき残留応力を低減する非対称積層法を提案し、光ファイバセンサを用いたモニタリングにより、この手法の妥当性を示した。またこの応力低減手法を用いることで成形時にはく離が発生しない厚肉CFRPパイプを実証した。最後に内部計測に基づく数値解析手法について研究を行った。光ファイバセンサ計測を基に、樹脂硬化中の物性値を取得する方法を提案した。この物性値を利用し、成形シミュレーションを行い、計測結果との比較を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
複雑形状CFRPの残留変形抑制に向けて、光ファイバセンサモニタリング技術、パイプ材料での残留応力低減手法、および硬化モデリング手法を開発した。予定していた6方向ひずみモニタリングに関しては実証していないが、今回開発した板厚方向ひずみ計測の応用で比較的容易に実現可能であると考える。一方、成形シミュレーションに関しては次年度以降実施予定であったが、本年度で基礎を構築した。以上から、全体としてはおおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度は本年度構築したひずみ計測手法と従来の計測手法を用いて、成形プロセスや圧力、冶具の拘束などが残留変形に与える影響について実験的に考察する。また本年度構築したシミュレーションにこれらの効果を組み合わせ、解析の精度を向上する。
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Research Products
(5 results)
