Research Interest

炭素繊維強化プラスチック（Carbon Fiber Reinforced Plastic (CFRP)）に代表される先進複合材料は日本が世界に誇る材料技術であり、航空宇宙構造への適用が広がっています。しかしながら、設計技術も製造技術もまだまだ未成熟です。本研究室は、材料力学を基盤とし、独自の埋め込み光ファイバセンサひずみ計測技術による材料のスマート化を軸に、次世代の航空宇宙構造物を形作る新しい材料システム技術を構築することを目標に、国内外の研究機関とも協力しながら研究を進めています。

1. 光ファイバセンサによるライフサイクルモニタリング

光ファイバセンサの最大の特徴は、材料内部に埋め込むことが出来ることです（下左図）。まさに生体における”神経”のように、構造物が産まれてから壊れるまでのライフサイクルにわたり、材料内部の力学状態を可視化することが出来ます。この技術を用いることで、例えば損傷を自動的に検知するなどの材料の知能化に取り組んでいます。また、生体神経ネットワークの進化過程にも類似するセンサ機能の分業化と階層性を導入したシステムの構築にも取り組み（下右図）、損傷を検知と同時に修復する自己治癒構造へと展開してきています。

埋め込み光ファイバセンサ”神経”の断面写真

(内部状態の可視化によるCFRP 複合材料の知能化)

航空機胴体表面に適用された階層型システム

(生体神経システム（右）の進化過程に類似した発展)

2. 複合材料ものづくり科学の構築

複合材構造の製造過程には依然として未解明な変形現象が多くあり、試行錯誤に基づく高コストな製造が行われています。独自の光ファイバ計測技術を用いることで、これまで捉えられなかった製造中の変形挙動を計測し、それを製造シミュレーションで再現する取り組みを進めています。複合材製造技術を発展させるための製造科学を確立することを目指しています（下図）。

3D スキャナを用いた形状計測

（複合材製造科学のための精密評価）

光ファイバ形状センサを用いた変形その場計測

（成形変形メカニズムの解明）

製造シミュレーション

（試作レスな最適製造プロセス設定）

Strip型光ファイバ形状センサ

（樹脂固化前変形計測のための独自センサ）

形状センサ動画.mp4

形状センサのデモンストレーション

（曲げひずみのリアルタイム計測）

3. 自由繊維構造による新規デザインの探求

これまでの複合材構造では、直進繊維を用いた設計が行われてきましたが、複合材料が本来有する力学特性を十分に引き出せていません。生物が進化の過程で獲得してきた材料微視形態や構造システムからも着想を得ながら、革新的な繊維構造（例えば、交差構造（下図）、屈曲構造、ループ構造など）を考案し、次世代複合材料のための新しいデザインを探求しています。

X線CTを用いた亀裂経路（白）の観察

arrester.mp4

Interlocking Fiber Featureの実証

(ボルトレス接着構造実現に向けた亀裂停止機構の提案)

ホットプレート上でのプリプレグ端部への繊維屈曲導入

PCT.mp4

Ply Curving Terminationの実証

(最適繊維配向制御による層端剥離抑制)

本研究室の特徴と主な設備

自分のアイディアに基づく試験片の作製から評価、シミュレーションまでを行うことができ、また意欲次第では海外での研究機会が得られます。2019年度から始まった新しい研究室ですが、研究室一丸となって新しいことにチャレンジしていきます。

主な設備：複合材成形装置（オートクレーブ他）、光ファイバ計測装置、熱分析装置、X 線CT、万能試験機、超音波探傷装置、電子顕微鏡、有限要素解析ソフト（Abaqus）など。

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