In-situ measurement and modeling of pre-gelation deformation for high-precision manufacturing of composite structures

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現在、複合材構造の製造において主流である自動積層装置を用いてプリプレグスリットテープを積層する際に、スリットテープ間に隙間（GAP）や重なり（Lap）が生じることは避けられない。このGap/Lap部では、成型中に繊維のうねりや樹脂リッチ部が発生し、構造物の早期破壊の要因になることが知られている。しかしながら、Gap/Lap部がどのような過程を経て最終的な形態になるかは十分には理解されておらず、製造プロセス最適化への障害となっていた。そこで新たに開発したストライプ型光ファイバ形状センサをGap/Lap部に適用し、樹脂固化前Consolidation中の変形評価を行った。まず硬化後の試験片形状の3Dスキャン計測から、形状センサを埋め込んだ場所と埋め込まない場所で厚みに変化がないことを確認し、センサ埋め込みがConsolidation変形を乱さないことを明らかにした。また形状センサから出力される曲率分布をもとに算出した硬化後の形状プロファイルは試験片断面観察から得られた内部変形状態とよく一致し、複合材加熱成形過程における形状変化を高い精度で計測できることを確認した。Gap/Lap部ともに加熱に先立つオートクレーブ加圧過程で一旦大きくなった変形が、加熱により樹脂粘度が低下するのにともなう樹脂流動によって徐々に浅くなっていく様子を捉えることに初めて成功し、Consolidation中の変形計測の技術基盤を確立することができた。