Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

複合材料 / 成形 / 積層 / 硬化 / モニタリング

自動積層装置でプリプレグを積層する過程の挙動評価を行った。積層過程でのプリプレグの変形・ひずみ応答を評価可能なように積層装置の改造とチューニングを実施した。また光ファイバセンサを一体化させたプリプレグを用いることで、フィード、プリテンション、コンパクションローラでの圧着、脱型の全積層過程においてプリプレグに発生するひずみ変動をリアルタイムで取得した。積層品質を高めるためのプリテンションが、積層後にもプリプレグに残留することを明らかにし、成形残留変形への寄与が示唆された。
また、従来評価することのできなかった樹脂固化前の複合材変形挙動を明らかにするために、光ファイバ形状センサを新たに開発した。これは、プリプレグの両面に光ファイバを埋め込み硬化させたシート形状のもので、両面の光ファイバのひずみ差から曲げ変形を計算できる。このセンサを、あらかじめ形状の分かっている基準サンプルに沿わせることで形状同定精度を検証し、樹脂固化前の複合材変形挙動を明らかにするために十分な分解能と精度を有することを確認した。また基準サンプルを加熱する試験を実施することで、複合材成形過程において想定される温度変化環境でも安定した計測が出来ることを確認した。プリプレグ自動積層の際に生じるGAP部にこの光ファイバ形状センサを適用することで、GAP部に発生する面外方向の繊維うねりの形成にともない光ファイバのひずみ分布が変化することを確認した。

複合材料 / CFRP / 光ファイバセンサ / 成形プロセス / モニタリング / 品質保証 / 成形 / 硬化 / 成形モデリング

光ファイバ温度・ひずみ同時計測技術を、炭素繊維強化プラスチック（CFRP）の新規成形プロセスに適用可能なレベルまで向上させ、CFRPの成形、加工、組立、運用に渡るライフサイクルモニタリング技術として提案し、CFRPの品質保証・保守技術としての有用性を実証した。まず、埋め込み光ファイバ援用CFRP成形中その場物性評価基盤技術を構築し、従来では不可能であった成形途中の物性値の時間的変化を測定し、実用的な成形モデリングを行った。次に、脱オートクレーブ・低圧成形CFRP、熱可塑CFRP、CFRP二次接着接合構造、複雑形状CFRP構造等に適用するとともに、実用模擬CFRP構造レベルでの実証に成功した。

CFRPは主要一次構造部材にも適用され、かつ日本の製造技術が強い。しかし、成形・組立などの製造上の問題および損傷後強度保証の難しさがあり、従来金属製航空機と比較して製造コストが高くまた十分な軽量化にも至っていない。
本研究では、ライフサイクルモニタリングによる構造高信頼化技術と，製造技術に課題はあるものの低コスト・高機能性のポテンシャルを有する新規CFRP製造プロセスを融合させる「複合材構造の知的ものづくり科学」を構築することで初めて可能になる、革新CFRP構造コンセプトを世界に先駆けて提案・実証することを目的とした。日本独自のもので、かつ学術的価値・優位性は高く評価されている。

【研究分担者】
北本和也	国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構	研究開発部門	研究開発員	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
水谷忠均	国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構	研究開発部門	研究領域主幹	(Kakenデータベース)
水口周	東京大学	大学院新領域創成科学研究科	特任准教授	(Kakenデータベース)