高速衝突下における耐衝撃性能の高い多孔質構造の開発

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工業製造物のほとんどが緻密体なのに対し，自然界の物は木材・植物・生体骨のように，内部に多数の空隙や気孔のある多孔質構造のものが数多い．多孔質構造は軽量であり，良好な通気性や透過性，また比表面積が大きい構造なため，エネルギー吸収性・吸音性など，緻密体にない様々な特性を有する．これらの特徴は，航空機など輸送機器の軽量化による燃費向上，小型で高効率の熱交換器など，持続可能な社会づくりのための取組みに応用されている．本申請研究の目的は，動的荷重（高速衝突）に対して耐衝撃性能が高い構造を持つ多孔質構造の開発である．本申請研究では，静的/準静的荷重において強い，複数の多孔質構造に着目し，それらの構造をCADソフトでモデル化し，金属3Dプリンターで造形する．その後，衝撃銃による高速衝突実験および実験と同一条件の数値解析により，動的荷重（高速衝突）に対しても耐衝撃性能が高い，すなわちエネルギー吸収能力が高い多孔質構造を調べる．本申請研究では，実験検討および数値解析手法を通じて，下記を調査する．目的I.多孔質構造ごとに耐衝撃性能を比較する．ここでは，圧力履歴を取得し，エネルギー吸収性能，すなわちプラトー領域を明らかにする．目的II.高速度ビデオカメラで撮影した連続写真と実験を模擬した数値解析により，衝突時の破壊過程（メカニズム）を明らかにする．目的III.プラトー領域や多孔質構造による破壊過程の関係を調べ，多孔質構造が耐衝撃性能にどのように寄与するのかを調べる．