2016 Fiscal Year Research-status Report
その場測定技術を基盤としたFRP積層板の成形誘起残留応力分布の予測手法
| Project/Area Number |
16K05985
|
|---|
| Research Institution | Kochi University of Technology |
|---|
Principal Investigator |
高坂 達郎 高知工科大学, システム工学群, 准教授 (80315978)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
|
| Keywords | 有限要素解析 / 複合材料 / 成形誘起応力 / 熱硬化性樹脂 / 硬化度 / 硬化収縮 / 光ファイバセンサ / FBGセンサ |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
熱硬化性樹脂基複合材料の成形中には，強化繊維と樹脂の変形のミスマッチによって，温度変化や樹脂の硬化収縮が残留応力を発生させることが知られている．前年度まで筆者は，一様温度で硬化度を時間関数として与えた場合の成形誘起残留応力を解析する有限要素解析手法の構築を行ってきた．今年度は，熱・構造・硬化度の連成解析手法の構築を目的として研究を行った．また，得られた解析コードを用いて硬化温度条件が繊維の成形誘起残留ひずみに与える影響を調べた．
熱・構造連成解析には汎用有限要素法解析コードのABAQUSを用いた．ただし，これは前年度までに開発した硬化度を変数とした硬化中の構造解析コードが組み込まれたものである．硬化度の連成解析は汎用コードには含まれないため，硬化度解析コードの開発を行い，ABAQUSに組み込んだ．硬化度解析は硬化反応熱の解析を行うものであり，熱・構造と異なり境界値問題ではないために，発熱項を扱うユーザーサブルーチンとして組み込むことができた．具体的にはKamalモデルを用いた硬化反応速度式の初期値問題を4次のルンゲクッタ法を用いて解き，硬化速度を計算して係数をかけることで硬化発熱を計算した．
開発された有限要素解析コードを用いて強化繊維に生じる成形ひずみのシミュレーションを行い，強化繊維としてFBG（Fiber Bragg Grating）ひずみセンサを用いて検証のための実験を行った．その結果，解析結果が測定結果とよく一致していることが分かり，本手法の妥当性を示すことができた．
さらに様々な温度条件を与えて残留ひずみの計算を行った．その結果，二段階昇温パターンにおける一段階目の温度と温度保持時間が成形誘起残留ひずみに大きく影響を与えることが分かった．また，本手法を用いて残留ひずみを改善する最適な温度パターンを得ることができることが分かった．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
熱・構造・硬化度の連成解析コードの開発と，硬化温度条件が成形誘起残留ひずみに与える影響の定量的な評価に関しては十分な結果を得ることができており，これらのテーマについてはおおむね順調に発展していると評価する．
しかしながら，硬化圧力と金型が成形誘起残留ひずみに与える影響の評価については平成28年度中に十分行うことができなかった．当初は修士学生2名のテーマとすることによって，熱・構造・硬化度の連成解析手法の構築だけでなく硬化温度条件だけでなく加圧条件および金型が繊維の成形誘起残留ひずみに与える影響を調べることを予定していた．しかし，本研究をテーマとする修士学生が1名となったため，熱・構造・硬化度の連成解析手法の構築を行いつつ加圧条件および金型の影響を調べるテーマを平行して行うことが時間的に難しかった．硬化圧力と金型が与える影響については平成29年度にて進めているところであり，よってこれらのテーマに関しては計画よりやや遅れていると評価する．
|
| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度以降はマルチスケール解析手法の開発と，界面処理および積層構成が成形誘起残留ひずみに与える影響の定量的な評価を行うことを予定していたが，平成28年度にやや遅れていた硬化圧力と金型が成形誘起残留ひずみに与える影響の定量的な評価を早急に進める必要がある．よって，平成29年度はマルチスケール解析手法の開発と硬化圧力と金型，そして積層構成が残留ひずみに与える影響の定量的な評価を目的として，研究を推進していく．界面処理の影響については，できる限り平成29年度内に行う予定であるが，平成30年度にずれ込むことも予定している．
|
| Causes of Carryover |
当初予定していた金型の影響を調べる実験が平成28年度に行うことができず，そのテーマを平成29年度に行うためである．
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
金型の影響を調べる実験テーマの実験器具費用として平成29年度に使用する．具体的には成形実験での副資材および簡易金型材料費用である．
|
