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応力場伝播の可視化による超高速衝突損傷機構の解明およびデブリ衝突損傷抑制への応用

通过可视化应力场传播阐明超高速碰撞损伤机制及其在碎片碰撞损伤抑制中的应用

基本信息

批准号：
21K04479
负责人：
川合伸明
金额：
$ 2.66万
依托单位：
防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、深刻化する宇宙機とスペースデブリとの超高速衝突問題に対して、超高速衝突損傷の形成・進展機構を明らかにし、その知見に基づいた衝突損傷制御法を提案することにより、将来の宇宙機の耐スペースデブリ衝突性能向上に資することを目的としている。2022年度においては、研究実施計画に基づき「界面の導入による応力波伝播挙動の制御および、衝突損傷抑制・制御への応用」をテーマとして研究を推進した。超高速衝突実験は、2段式軽ガス銃により加速した高速飛翔体を衝突させることにより行った。透明材料を用いることにより、材料内部に生じる応力場と損傷を、偏光シャドウグラフ法および散乱光イメージング法によりそれぞれ可視化し、その進展過程を超高速度ビデオカメラにより撮影した。ターゲット材料には最も一般的なガラス材料であるソーダライムガラスおよび、耐衝撃透明材料として幅広く用いられているポリカーボネートを用いた。ターゲット内部の接合界面が超高速衝突損傷の形成過程に与える影響を評価するため、ターゲットの構造を前年度までの均一構造から弾道軸方向に複数の部材を重ね合わせ接着接合した構造へと変更した。ソーダライムガラスのみを重ね合わせたターゲットでは、衝突点から伝播する応力波が接合界面へと到達した際、界面を介して両側の部材に損傷が形成され、各部材内部に損傷伝播していくことが確認された。一方、ガラス部材間に中間層としてポリカーボネートを挿入したターゲットでは、応力波の界面への到達に際して、衝突点側界面では損傷が形成されるものの、下流側界面においては損傷形成は確認されず、界面を介しての損傷伝播が抑制される結果となった。本結果は、ソーダライムガラスのような脆性材料における衝突損傷において、応力波と界面の相互作用の重要性を示すと共に、接合条件のデザインにより損傷形成を制御できる可能性を示唆するものである。

This study aims to deepen the understanding of ultra-high-speed collision damage in space vehicles, and to improve the mechanism of ultra-high-speed collision damage control. In 2022, the research implementation plan was based on the "introduction of force wave propagation control and conflict damage control". Super high-speed collision, two-stage collision, acceleration, high-speed aircraft collision, two-stage collision When transparent materials are used, the force fields and damage generated inside the materials, polarized light segmentation methods and scattered light imaging methods can be visualized, and the progress of the materials can be visualized through ultra-high-speed video camera. The most common type of material is the impact resistant transparent material. The joint interface of the inner part is composed of a plurality of components in the direction of the axis, and the joint structure is composed of a plurality of components in the direction of the axis. The damage to the components on the joint interface is confirmed at the time of arrival and at the time of arrival. The interface between the two components is damaged at the arrival point of the force wave, and the interface at the collision point is damaged at the arrival point. The interface at the downstream side is damaged at the arrival point of the force wave. The results show the importance of interaction between stress wave and interface in brittle materials, and the possibility of controlling damage formation in brittle materials.