複雑形状を有する複合材料の残留変形抑制および品質保証技術の開発

复杂形状复合材料残余变形控制与质量保证技术开发

• 批准号: 14J05837
• 负责人: 高垣 和規
• 金额: $ 2.05万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J05837/
• 关键词: 炭素繊維強化プラスチック; 複雑形状CFRP; 光ファイバセンサ; 残留変形・残留応力; 板厚方向ひずみ

炭素繊維強化プラスチック(CFRP)は高比剛性・高比強度、低熱膨張率であるため，軽量化・高安定性が求められる航空宇宙分野を中心に様々な分野への適応が広がっている。しかし、CFRPで複雑な形状を有する部材を成形すると、部材形状および材料の異方性に起因し残留変形が発生し、形状安定性や強度の低下に結び付く。これらの変形を予測・抑制することでより効率的で安全なCFRPの利用が可能である。従来の研究では残留変形のメカニズムについて、成形後の形状計測から検証が行われているが、成形時の内部状況を計測する手法が確立されておらず、その結果、残留変形のメカニズムには不明確な部分も多い。本研究では光ファイバセンサを利用し、成形時のひずみを計測することで、複雑形状CFRPの残留変形メカニズムに対する新たな知見を得ることを目的とした。第1、2年度では板厚斜め方向への光ファイバセンサの埋め込み手法を確立し、板厚の異なるL型部材における成形時内部ひずみ計測御行った。その結果、板厚が大きい部材ほど、硬化収縮時のフランジ部せん断変形が大きく、結果として成形後の角度変化が小さくなることを示した。また、U型部材や板厚変化を有するPly-drop-off構造などの、より複雑な部材に対し内部ひずみ計測および成形後形状計測を行い、部材形状によりひずみ状態およびそれに伴う残留変形が異なることが明らかになった。以上の実験に加え、Timoshenko梁理論に基づく解析および有限要素解析を行い、実験結果の妥当性検証およびメカニズムに対する知見を得た。

Carbon 繊 d strengthen プ ラ ス チ ッ ク (CFRP) は specific stiffness, specific strength, low thermal expansion rate で あ る た め, 軽 quantification, the high stability が め ら れ る aerospace eset を center に others 々 な eset へ の optimum 応 が hiroo が っ て い る. し か し, CFRP で complex 雑 な shape を す る department of material forming す を る と, department of material shape お よ び materials の different party cause sexual に し - shaped が 発 し, shape stability and low intensity of や の に び pay く. The で safe なCFRP <s:1> that pretests and supposes the efficacy of する する とでよ とでよ <e:1> <e:1> and uses が may である. 従 research で の は residues - shaped の メ カ ニ ズ ム に つ い て, after forming の shape measuring か ら 検 line card が わ れ て い る が, forming the internal condition を の measuring す る gimmick が establish さ れ て お ら ず, そ の results, residual variations の メ カ ニ ズ ム に は unclear part な も い more. This study で は light フ ァ イ バ セ ン サ を when using し, forming の ひ ず み を measuring す る こ と で, complex 雑 shape CFRP の residues - shaped メ カ ニ ズ ム に す seaborne る new た な knowledge を have る こ と を purpose と し た. 1, 2 year で は thickness direction of oblique め へ の light フ ァ イ バ セ ン サ の buried め 込 み gimmick を establish し, thickness の different な る L department material に お け る when forming internal ひ ず み line measuring royal っ た. そ の results, large thickness が き い department material ほ ど, hardening 収 shrinkage when の フ ラ ン ジ department せ ん broken - shaped が big き く, results と し て の after forming small Angle variations change が さ く な る こ と を shown し た. ま た や, u-shaped material thickness variations change を have す る Ply - drop - off structure な ど の, よ り complex 雑 な department material に し seaborne internal ひ ず み measuring お よ び formed shape measuring line を い, department of material shape に よ り ひ ず み state お よ び そ れ に with う residues - shaped が different な る こ と が Ming ら か に な っ た. Above の be 験 に に え and Timoshenko beam theory base づ く parsing お よ び finite element analytic を い, be 験 results の justice 検 card お よ び メ カ ニ ズ ム に す seaborne る knowledge を た.

项目成果

Cure Cycle Optimization of Out-of-Autoclave Composites using Fiber-Optic-Based Strain Sensors

使用基于光纤的应变传感器优化非热压罐复合材料的固化周期

• 发表时间: 2015
• 作者: Shinsaku Hisada;Kazunori Takagaki;Shu Minakuchi;Nobuo Takeda
• 通讯作者: Nobuo Takeda

Development of Crack-Free Thick CFRP Pipe using Novel Residual Stress Reduction Method

采用新型残余应力降低方法开发无裂纹厚 CFRP 管

• 发表时间: 2014
• 作者: Kazunori Takagaki;Shu Minakuchi;Nobuo Takeda
• 通讯作者: Nobuo Takeda

Cure Induced Residual Strain and Deformation in Complex Shaped Composites

复杂形状复合材料中固化引起的残余应变和变形

• 发表时间: 2016
• 作者: Kazunori Takagaki;Shu Minakuchi;Nobuo Takeda
• 通讯作者: Nobuo Takeda

High Accuracy Cure Process Simulation of Composites Based on In-situ Measurement of Internal Strain

基于内应变原位测量的复合材料高精度固化过程模拟

• 发表时间: 2015
• 作者: Shoma Niwa;Kazunori Takagaki;Shu Minakuchi;Nobuo Takeda
• 通讯作者: Nobuo Takeda

衛星用厚肉CFRPパイプにおける残留応力の低減

减少卫星用厚壁CFRP管的残余应力

• 发表时间: 2014
• 作者: Kazunori Takagaki;Shu Minakuchi;Nobuo Takeda;高垣和規,水口周,武田展雄
• 通讯作者: 高垣和規,水口周,武田展雄