複合材構造の軌道上変形予測のためのマルチスケールモニタリングと吸湿状態推定

复合结构在轨变形预测的多尺度监测和吸湿状态估计

• 批准号: 22K04546
• 负责人: 北本 和也
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Japan Aerospace EXploration Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04546/
• 关键词: 複合材料; 吸湿変形; 機械学習

マルチスケールでの吸湿特性評価のため、材料試験片及びトラス構造部材の複数の試験片サイズでの吸湿評価を実施した。材料試験では、吸湿過程の材料内の水分子の運動性をNMR（核磁気共鳴）分析を用いて評価することで、CFRPの母材樹脂に官能基に拘束された水分子（Bound water）とクラスター化した自由水（Free water）の存在比を同定することができた。また、試験片内部に埋め込んだ光ファイバセンサを用いて吸湿ひずみのリアルタイム取得と引張試験/動的粘弾性試験による弾性率変化についても評価を行い、吸湿率に比例しない非線形な吸湿ひずみ応答及び、吸湿による弾性率の低下（可塑化）を確認した。これらの分析と試験結果より、吸湿過程中の拘束水と自由水の存在比の時間変化と、吸湿ひずみ、弾性率などの機械特性の変化の相関を評価することで、材料内に存在する拘束水と自由水の機械特性への影響を明らかにした。これによって、吸湿率に比例しない非線形な吸湿ひずみ応答について、二相拡散理論を用いたモデル化が可能となった。材料試験から得られた吸湿特性（拡散係数の異方性、吸湿ひずみの非線形性）を反映した高精度な予測モデルの構築を行い、光ファイバセンサを用いたトラス構造部材の吸湿特性と比較評価を行った。その結果、予測値と実験値は良い一致を示しており、構築したモデルの妥当性が確認できた。また、フルスケールでの吸湿特性を評価可能なモニタリングシステムの構築のため実機サイズのトラス構造の試作を行い、次年度に開発する吸湿状態の推定のためのアルゴリズムの検証用テストベッドの構築が完了した。

マルチスケールでの Hygroscopic properties evaluation 価のため, material test pieces and びトラス structural parts のplural の test 験 pieces サイズでの hygroscopic evaluation 価を実士した. Material testing, moisture absorption process, mobility of water molecules in the material, NMR (Nuclear Magnetic Resonance) analysis, evaluation of water molecules using functional groups, CFRP base material resin, and binding of water molecules (Bound Water）とクラスター化したFree water (Free water)のexistent ratioを同定することができた.また、The inside of the test piece is covered with め込んだ光ファイバセンサをwith いて to absorb moisture.ずみのリアルタイムAcquisition and tension test / dynamic adhesion test によるelasticity The rate of change has been evaluated, the rate of moisture absorption has been determined, the rate of moisture absorption has not been linear, and the moisture absorption rate has not been reduced (plasticization) has been confirmed.これらのanalysis and test results より, the existence ratio of bound water and free water during the moisture absorption process, the time change と, the moisture absorption ひずみ, and the elasticity rate などのMechanical properties are related to the change of the material, and the presence of bound water and free water in the material affects the mechanical properties of the material.これによって, moisture absorption rate ratio しないnon-linear moisture absorption ひずみ応answer について, two-phase scattering theory いたモデル化がpossible となった. The hygroscopic properties (anisotropy of the scattering coefficient, non-linearity of hygroscopicity) were obtained through material testing, reflecting the high precision of the material. Measurement and comparative evaluation of hygroscopic properties of モデルのconstructed を行い and light ファイバセンサを used いたトラス structural parts.そのResults, predictions and predictions are consistent, and the validity of the construction is confirmed.また、フルスケールでの Hygroscopic propertiesをreview価possibleなモニタリングシステムのconstruct のため実机サイズのトラスstruct のTrial work, the next year's hygroscopic state of the presumed のためのアルゴリズムの検 certificate was completed with the テストベッドのconstructed した.