先進的複合材構造を用いた航空機の軽量化

炭素繊維強化複合材料(CFRP)がは高比強度・高剛性などの利点から、航空宇宙分野を中心に広く利用されている。しかし、接合部での早期破壊やそれに伴う接着界面における亀裂進展が課題であり、現状では大量のボルト締結が必要である。従って、CFRPの軽量性が十分に活かされていない。本研究では、炭素繊維の優れた機械特性を活用した複合材構造を用いて亀裂進展を抑制し、ボルト締結を削減する事によって航空機を軽量化すること、また、亀裂進展の一つの起点となるT-jointデルトイド部の成形破壊メカニズムを検証することを目的とした。本研究では、提案する繊維交差構造によって複合材接着界面における亀裂進展が抑制できることを示した。また、繊維交差構造の積層構成の影響を実験と解析の両面から明らかにした。さらに、繊維交差構造を航空機における重要部材であるT-jointに導入し、T-jointの損傷許容性が著しく向上する事を示した。また、繊維交差構造の効率的な配置・構成について検討を行い、それぞれの影響を明らかにした。さらに本研究ではT-jointにおける最終的な亀裂進展の起点となるデルトイド部の成形破壊の発生メカニズムを明らかにするため、光ファイバによる成形時デルトイド部のひずみ分布計測を行った。有限要素解析と組み合わせて検討を行うことにより、成形破壊に対する破壊指標を示した。また、各検討を踏まえて成形破壊を抑制する手法を提案し、有効性を示した。

炭素繊維強化複合材料(CFRP)がは高比強度・高剛性などの利点から、航空宇宙分野を中心に広く利用されている。しかし、接合部での早期破壊やそれに伴う接着界面における亀裂進展が課題であり、現状では大量のボルト締結が必要である。従って、CFRPの軽量性が十分に活かされていない。本研究では、炭素繊維の優れた機械特性を活用した複合材構造を用いて亀裂進展を抑制し、ボルト締結を削減する事によって航空機を軽量化すること、また、亀裂進展の一つの起点となるT-jointデルトイド部の成形破壊メカニズムを検証することを目的とした。本研究では、提案する繊維交差構造によって複合材接着界面における亀裂進展が抑制できることを示した。また、繊維交差構造の積層構成の影響を実験と解析の両面から明らかにした。さらに、繊維交差構造を航空機における重要部材であるT-jointに導入し、T-jointの損傷許容性が著しく向上する事を示した。また、繊維交差構造の効率的な配置・構成について検討を行い、それぞれの影響を明らかにした。さらに本研究ではT-jointにおける最終的な亀裂進展の起点となるデルトイド部の成形破壊の発生メカニズムを明らかにするため、光ファイバによる成形時デルトイド部のひずみ分布計測を行った。有限要素解析と組み合わせて検討を行うことにより、成形破壊に対する破壊指標を示した。また、各検討を踏まえて成形破壊を抑制する手法を提案し、有効性を示した。