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高ひずみ複合構造 (HSC 構造) は、高変形環境で機能するように設計された複合材料構造の一種です。高ひずみ複合構造は、外力の印加によって、ある形状から別の形状に変化します。単一の HSC 構造コンポーネントは、少なくとも 2 つ以上の大幅に異なる形状の間で変化するように設計されています。形状の少なくとも 1 つは、外部荷重をサポートできる構造として機能するように設計されています。
高ひずみ複合構造は通常、繊維強化ポリマー(FRP) で構成され、ほとんどの FRP 構造用途と比較して、通常の動作条件下で比較的高い材料ひずみレベルに耐えるように設計されています。FRP 材料は異方性があり、高度にカスタマイズ可能であるため、変形時に独自の効果が得られます。その結果、多くの HSC 構造は、特定の用途に合わせて調整された 1 つ以上の安定状態 (外部制約なしで構造が維持される形状) を持つように構成されます。複数の安定状態を持つ HSC 構造は、双安定構造としても分類できます。
HSC 構造は、軽量で小さな容積に収納できる構造が求められる用途で最もよく使用されます。柔軟な複合構造は、航空宇宙産業において、宇宙船のアンテナや太陽電池アレイなどの展開可能なメカニズムに使用されます。その他の用途では、複数の安定した構成が求められる材料や構造に重点が置かれています。
歴史
バネによく使われる金属（高強度鋼、アルミニウム、ベリリウム銅合金など）は、数十年にわたって変形可能な航空宇宙構造物に使用され、かなりの成功を収めてきました。[1]これらは、高ひずみ展開構造物の用途の大半で引き続き使用されており、最大の圧縮比と導電性が求められる場合に優れています。しかし、金属は、複合材料と比較すると、密度が高く、熱膨張係数が高く、ひずみ容量が低いという欠点があります。ここ数十年で、高性能の展開構造物に対するニーズが高まり、堅牢な複合材料産業が出現したことから、高ひずみ複合構造物の需要と実用性が高まっています。今日、HSC はさまざまなニッチな航空宇宙用途で使用されており、そのほとんどは極めて高い精度と低質量が求められる分野です。
2014 年初頭、アメリカ航空宇宙学会 宇宙船構造技術委員会は、高ひずみ複合材料の活発な研究開発のレベルから、高ひずみ複合材料を、独自に識別可能な課題、技術、力学、試験方法、およびアプリケーションを備えた技術分野として区別するための独立したフォーカス グループ[2]が必要であると認識しました。高ひずみ複合材料技術小委員会は、HSC の技術的な課題と成功をサポートするためのフォーラムとフレームワークを提供するために結成され、この分野の継続的な進歩を促進します。
宇宙飛行の遺産
高応力展開構造の使用は宇宙探査の黎明期にまで遡り、堅固な宇宙産業の実現に重要な役割を果たしてきました。
宇宙ベースの変形可能構造におけるマイルストーン
消費財
現在の研究開発
材料分類
硬質ポリマー
硬化性ポリマー
エラストマーポリマー
技術的な課題
クリープ
薄肉シェルの座屈
シミュレーション方法
参照
参考文献
- ^ 「アーカイブコピー」（PDF） 。 2015年2月7日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2014年9月4日閲覧。
{{cite web}}: CS1 maint: アーカイブされたコピーをタイトルとして (リンク) - ^ 「宇宙船構造技術委員会 - ホーム」。2015年2月7日時点のオリジナルよりアーカイブ。2014年9月4日閲覧。
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- ^ “George J. Klein 1904-1992” 参照: http://www.sciencetech.technomuses.ca/english/about/hallfame/u_i19_e.cfm 2010-12-27にWayback Machineでアーカイブ。
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- ^ Adams, DS、およびMobrem, M.、「Mars Express宇宙船搭載のレンチキュラージョイントアンテナ展開異常と解決」、Journal of Spacecraft and Rockets、vol. 46、2009年3月、pp. 403–410。
アメリカ航空宇宙学会、構造技術委員会、Wayback Machineで 2015-02-08 にアーカイブ、高ひずみ複合構造小委員会、Wayback Machineで 2015-02-07 にアーカイブ