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マルチスケール解析による複合材料製航空機構造の長期耐久性評価に関する研究

多尺度分析复合材料飞机结构长期耐久性评价研究

基本信息

批准号：
17J02004
负责人：
熊谷裕太
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究で対象とする炭素繊維強化プラスチック（CFRP）は、金属材料と比較して高い比強度・比剛性を有するため、金属材料と同等の強度を軽量な構造で実現することができる。しかしながら、CFRPが金属材料にはない特徴的な階層構造を有するため、構造健全性の評価は容易ではない。そこで本研究では、CFRPの母材樹脂の分子構造、繊維直径オーダの微視的材料構造および構造部材オーダでの巨視的変形場を考慮したマルチスケール解析による構造健全性評価手法の構築を目指した研究を行った。2019年度は、構造健全性の評価尺度のうち構造材料の強度と部材成形時の形状精度に焦点を当て、(1) CFRP積層板のマトリクスクラック発生予測のための2スケール解析手法の検証、(2) CFRP製構造部材製造時に生じる残留変形予測へ向けた3スケール解析手法の構築と妥当性評価、を行った。(1)では、2018年度までに構築した繊維直径と積層板のスケールでの有限要素解析からなる2スケール解析コードの検証のため、積層板の引張負荷下でのき裂の発生を実験的に評価し、実験と数値解析の比較により解析コードを検証した。その結果、本研究の2スケール解析コードは積層板90°層の自由端層間付近で発生する初期き裂と自由端厚さにわたって連結した自由端き裂を精度よく予測できることが示された。(2)では、2018年度に構築した分子動力学法による母材樹脂の硬化プロセス中の特性予測手法を繊維直径と積層板のスケールでの有限要素解析と組み合わせた3スケール解析コードを構築し、CFRP製構造部材の成形時残留変形の予測と実験との比較による妥当性評価を行った。その結果、構築した解析コードは積層板の成形時残留変形を定性的に予測可能であり、特に設計初期の母材樹脂選択において有用なツールとなり得ることが示された。2019年度の当該研究の成果は、国際誌1報として報告した。

In this study, carbon, carbon and carbon. The products of metal materials, CFRP, metal materials, metal, metal and metal materials. In this study, CFRP base metal fat molecules are fabricated, and materials with diameter and micro-TV are made. The shape of the giant TV is analyzed. In the year 2019, the mechanical strength of the material is the focus of the shape accuracy during the forming of the material, (1) the performance of the CFRP plate is affected by the mechanical analysis method, and (2) the CFRP system is used to analyze the residual material during the production process. (1) for the year 2018, the diameter of the plate is different from that of the plate. The finite element analysis is based on the analysis of the finite elements. the active plate is used to analyze the number of cracks under the load and the number of cracks. The results of this study are as follows: in this study, the results of this study show that the thickness of the free end of the 90 °thermal active plate is close to that of the free end in the initial stage of the fatigue life, and the accuracy of the free end of the free end is higher than that of the free end. (2) in the year of 2018, the molecular dynamics method was used to determine the characteristics of the base metal grease hardening test. The finite element analysis method was used to analyze the mechanical properties of the matrix material. The results showed that the residual shape of the material during the forming of the CFRP part was better than that of the matrix material during forming. The results of the test and the analysis of the results show that it is possible to determine the residual shape during the forming of the active sheet, and the selection of base metal grease in the early stage of the design is useful. In 2019, the results of the study and the report of International Journal 1 will be published.