JPH0899381A - 耐衝撃構造材 - Google Patents

耐衝撃構造材

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JPH0899381A
JPH0899381A JP23695994A JP23695994A JPH0899381A JP H0899381 A JPH0899381 A JP H0899381A JP 23695994 A JP23695994 A JP 23695994A JP 23695994 A JP23695994 A JP 23695994A JP H0899381 A JPH0899381 A JP H0899381A
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JP
Japan
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impact
composite material
dimensional
fiber composite
structural material
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JP23695994A
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English (en)
Inventor
Kanehiro Nagai
謙宏 長井
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 重量が小さく、衝撃後の残留強度が大きく、
かつ低質量高速の衝撃に対しても効果のある耐衝撃構造
材を実現する。 【構成】 二次元積層型強化繊維複合材料8と三次元強
化繊維複合材料9が重ね合されて形成されたことによっ
て、外部からの衝撃に対して、層間剥離を生じる二次元
積層型強化繊維複合材料8がその衝撃エネルギーの大部
分を吸収し、残りの衝撃エネルギーを吸収した三次元強
化繊維複合材料9が残留強度を保持するため、衝撃エネ
ルギー吸収力及び衝撃後の高い残留強度を有し、低質量
高速衝撃に対する耐性に優れ、かつ低重量の耐衝撃構造
材を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、航空機、宇宙機器、そ
の他各種輸送機器等に適用される耐衝撃構造材に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来の耐衝撃構造材においては、付与さ
れるであろう衝撃を十分に受け止めれ得る余裕を持った
いわゆる頑丈な構造材と、部材を故意に変形させること
により衝撃エネルギーを吸収するいわゆるクラッシャブ
ル構造材の2種に大きく分けることができる。
【0003】前者は、鉄道の車止めに代表される頑丈な
構造物を形成するが、衝撃エネルギーを構造材を構成す
る分子の運動にしか転化できないため、どうしても構造
材自体の容積と重量が大きくなる。
【0004】後者は、近年の自動車においてよく見られ
る構造材であり、衝撃エネルギーを部材の変形エネルギ
ーにも転化させ得るため、前者に比べ容積および重量は
小さくなるが、衝撃付与後は全く使いものにならなくな
る。
【0005】航空機や宇宙機器では、重量的な制約から
おのずと後者の形態を取らざるを得ないが、重量の他に
形状的、機能的な制約も厳しいため、クラッシャブル構
造材とするにも限界がある。また、弾丸や宇宙塵のよう
に質量/容積は小さいが高速で加わる衝撃に対しては効
果が小さい。
【0006】この対策として、図4(a)に示すように
2種の金属材料01、02を重ねたものや、図4(b)
に示すように金属材料と二次元積層型強化繊維複合材料
を重ねたものを形成し、材料そのものの特性と構造材の
構成とを考慮した耐衝撃構造材が提案されているが、上
記の問題点を全て解決するには至っていない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来の耐衝撃構造材
は、前述したように、付与されるであろう衝撃を十分に
受け止め得る余裕を持ったいわゆる頑丈な構造材と、部
材を故意に変形させることにより衝撃エネルギーを吸収
するいわゆるクラッシャブル構造材の2種類に大きく分
類できる。
【0008】しかしながら、前者は重量および容積が非
常に大きくなり、後者は衝撃後の残留強度が小さく、ま
た弾丸や宇宙塵のような質量が小さく高速で加わる衝撃
には効果が少ないといった短所がある。
【0009】航空機や宇宙機器の構造材においては、重
量が小さいことと衝撃後の残留強度が高いことが非常に
要求されるため、これら2種の構造材では対応し得なか
った。加えて、用途によっては低質量高速の衝撃も受け
止める必要があるが、これを満足させることができなか
った。
【0010】本発明は、上記の課題を解決しようとする
ものであり、重量が小さく、衝撃後の残留強度が大き
く、かつ低質量高速の衝撃に対しても効果があり、航空
機や宇宙機器等に適用できる耐衝撃構造材を提供しよう
とするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の耐衝撃構造材
は、二次元積層型強化繊維複合材料と、同複合材料に重
ねられた三次元強化繊維複合材料とにより形成されたこ
とを特徴としている。
【0012】
【作用】上記において、二次元積層型強化繊維複合材料
は、衝撃に対して層と層とがはがれる層間剥離を生じる
ことにより、大きな衝撃エネルギーを吸収することがで
きる。しかし、層間剥離が広範囲に起こるため、衝撃後
の残留強度は小さい。
【0013】これに対して、三次元強化繊維複合材料
は、層間方向に対しても繊維で強化されているために層
間剥離が起こらず、したがって、二次元積層型強化繊維
複合材料8に比べ吸収できる衝撃エネルギーは小さい
が、損傷エリアが小さいために衝撃後の残留強度は大き
い。
【0014】本発明の耐衝撃構造材においては、この2
種の複合材料が重ねられているため、外部から衝撃が与
えられると、まず二次元積層型強化繊維複合材料がその
衝撃エネルギーの大部分を吸収し、その後三次元強化繊
維複合材料が衝撃エネルギーを吸収する。そのため衝撃
後も高い残留強度が保持される。
【0015】また、上記二次元積層型強化繊維複合材料
はエネルギー吸収の他に、衝突物の先端形状を鈍化させ
貫通を阻止する働きも有するため、弾丸や宇宙塵のよう
な低質量高速衝撃物に対しても有効に作用する。更に、
複合材料のみにより形成されているため、従来の金属材
料を用いたものに比して重量を大幅に低減させることが
できる。
【0016】そのため、本発明においては、衝撃エネル
ギー吸収力及び衝撃後の高い残留強度を有し、低質量高
速衝撃に対する耐性に優れ、かつ低重量の耐衝撃構造材
を実現する。
【0017】
【実施例】本発明の一実施例に係る耐衝撃構造材を図1
により説明する。図1に示す本実施例の構造材は、図1
(b)に示す二次元積層型強化繊維複合材料8と、図1
(c)に示す三次元強化繊維複合材料9とが図1(a)
に示すように重ね合され接着されて形成されている。
【0018】ここで、二次元積層型強化繊維複合材料8
は、二次元の各方向についての強度が高いため、直交異
方性(0°/90°)あるいは疑似等方性(0°/90
°/±45°)の強化繊維7配向(割合は多層とも同
じ)が好ましい。また、三次元強化繊維複合材料9は、
三次元の各方向についての強度が高いため、図2
(a)、あるいは図2(b)に示す直交3軸型5軸織の
織構造材(強化繊維7配向割合は多方向とも同じ)が好
ましい。
【0019】上記三次元強化繊維複合材料9は、上記の
織り構造の他に、二次元積層型強化繊維複合材料8を層
間方向に縫い合わせたスティッチング織りや、インター
ロック織り等でも効果がある。素材はいずれも強化繊維
7としては高靭性のアラミド繊維が、また樹脂も高靭性
タイプで強化繊維7との相性のよいエポキシ樹脂やポリ
エステル樹脂がそれぞれ好ましい。
【0020】ただし、ここで示した強化繊維7の構成や
素材は、現状で最良と考えられる例であり、その構成や
素材が異なる他の強化繊維7を使用しても、図1(a)
に示す二次元積層型強化繊維複合材料8と三次元強化繊
維複合材料9とを組み合わせた構造材であれば、従来の
構造材と比較して高性能な耐衝撃性を有することができ
る。
【0021】なお、二次元積層型強化繊維複合材料8と
三次元強化繊維複合材料9との厚さの比は、衝撃エネル
ギーの吸収量と衝撃後の残留強度に対する設計要求に応
じて決定される。
【0022】次に、本実施例に係る構造材の作用につい
て、以下に説明する。二次元積層型強化繊維複合材料8
は、衝撃に対して層と層とがはがれる層間剥離を生じる
ことにより、大きな衝撃エネルギーを吸収することがで
きる。しかし、層間剥離が広範囲に起こるため、衝撃後
の残留強度は小さい。
【0023】これに対して、三次元強化繊維複合材料9
は、二次元積層型強化繊維複合材料8でいうところの層
間方向に対しても繊維で強化されているため層間剥離が
起こらず、したがって、二次元積層型強化繊維複合材料
8に比べて吸収できる衝撃エネルギーは小さいが、損傷
エリアが小さいために衝撃後の残留強度は大きい。
【0024】本実施例の耐衝撃構造材の場合、外からの
衝撃付与に対して、まず、二次元積層型強化繊維複合材
料8により衝撃エネルギーを大きく吸収する。次に、三
次元強化繊維複合材料9にて、二次元積層型強化繊維複
合材料8で吸収し得なかった衝撃エネルギーを吸収し、
衝撃後も高い残留強度を保持する。そのため、残留強度
が高い。
【0025】また、二次元積層型強化繊維複合材料8は
衝撃エネルギー吸収の他に、衝突物の先端形状を鈍化さ
せ、貫通を阻止する働きも担っているため、弾丸や宇宙
塵のような低質量高速衝撃物に対しても有効に作用す
る。さらに複合材料を使用するため、従来の金属材料を
用いたものに比して重量を大幅に低減させることができ
る。
【0026】そのため、本実施例においては、衝撃エネ
ルギー吸収力、及び衝撃後の高い残留強度を有し、低質
量高速衝撃に対する耐性に優れ、かつ低重量という、従
来にはなかった高性能な耐衝撃構造材を実現することが
できた。
【0027】次に、本実施例に係る構造材が適用された
第1、第2、第3適用例について図3により以下に説明
する。図3(a)に示す第1適用例は、航空機の外板構
造材として適用された場合である。
【0028】航空機の外板構造材は、各種の衝撃を受け
る頻度が高い。例えば戦闘機では弾丸を受けることが予
想され、民間機でも鳥衝突を受ける場合がある。また、
航空機の底面外板1は、胴体着陸を想定して大きな衝撃
にも耐え得る構造に設計されている。
【0029】航空機の外板は強度部材としての役割も担
っているため、たとえ衝撃を吸収できたとしても、衝撃
後の残留強度が小さいと、その後の飛行に大きな支障を
きたし、ときには墜落に至ることも予想される。このよ
うな耐衝撃性を要求され、かつ軽量で衝撃後の残留強度
にも優れた特性を必要とされる構造材としては本実施例
の構造材は非常に有効である。
【0030】また、外板とは少し異なるが、エンジンカ
バーにも本実施例の構造材は効果的である。エンジンカ
バーは、エンジンが異物を吸い込むことなどによりファ
ンブレードが損傷を受け、その破片が航空機の翼や胴体
への突きささるのを防ぐ役割があり、強度を要するもの
だからである。
【0031】図3(b)に示す第2適用例は、宇宙ステ
ーションの宇宙塵用防護壁2に適用された場合である。
宇宙には過去に打ち上げられたロケットや衛星の残した
残骸が高速で浮遊している。
【0032】将来、有人宇宙ステーション4が打ち上げ
られた暁には、このような浮遊物(宇宙塵3)に対する
防護壁2が必要とされる。宇宙塵3は1〜2gの質量の
ものが大半をしめるが、それらの速度は数十Km/秒と非
常に高速である。また、宇宙での使用のために重く頑丈
な宇宙塵用防護壁2を打ち上げることはコスト的にも得
策でない。
【0033】さらに、宇宙塵3の衝突は一度だけでなく
連続して起こることも予想されるため、衝撃後の残留強
度も必要となるため、本実施例の構造材をこのような宇
宙塵用防護壁2に適用すれば、この防護壁2に非常に効
果的な特性を与えることができる。
【0034】図3(c)に示す第3適用例は、防弾楯5
に適用された場合である。警察や機動隊などで用いられ
る防弾楯5としては、従来にも二次元積層型強化繊維複
合材料と金属板とを組み合わせた構造のものが見られる
が、本実施例の構造材を適用すれば、全複合材化による
軽量化と高い耐弾性が実現できる。
【0035】
【発明の効果】本発明の耐衝撃構造材においては、二次
元積層型強化繊維複合材料と三次元強化繊維複合材料が
重ね合されて形成されたことによって、外部からの衝撃
に対して、層間剥離を生じる二次元積層型強化繊維複合
材料がその衝撃エネルギーの大部分を吸収し、残りの衝
撃エネルギーを吸収した三次元強化繊維複合材料が残留
強度を保持するため、衝撃エネルギー吸収力及び衝撃後
の高い残留強度を有し、低質量高速衝撃に対する耐性に
優れ、かつ低重量の耐衝撃構造材を実現する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る耐衝撃構造材の説明図
で、(a)は側面図、(b)は構造材を形成する二次元
積層型強化繊維複合材料の説明図、(c)は構造材を形
成する三次元強化繊維複合材料の説明図である。
【図2】上記一実施例に係る三次元強化繊維複合材料の
説明で、(a)は直交3軸織の場合、(b)は直交3軸
型5軸織の場合の説明図である。
【図3】上記一実施例に係る構造材の適用例の説明図
で、(a)は第1適用例、(b)は第2適用例、(c)
は第3適用例の説明図である。
【図4】従来の構造材の説明図である。
【符号の説明】
7 強化繊維 8 二次元積層型強化繊維複合材料 9 三次元強化繊維複合材料

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 二次元積層型強化繊維複合材料と、同複
    合材料に重ねられた三次元強化繊維複合材料とにより形
    成されたことを特徴とする耐衝撃構造材。
JP23695994A 1994-09-30 1994-09-30 耐衝撃構造材 Withdrawn JPH0899381A (ja)

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JP23695994A JPH0899381A (ja) 1994-09-30 1994-09-30 耐衝撃構造材

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JP23695994A JPH0899381A (ja) 1994-09-30 1994-09-30 耐衝撃構造材

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ID=17008306

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JP23695994A Withdrawn JPH0899381A (ja) 1994-09-30 1994-09-30 耐衝撃構造材

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009541602A (ja) * 2006-06-21 2009-11-26 スネクマ・プロピュルシオン・ソリド 複合材料部材を作製するための強化用繊維織物
JP2010247820A (ja) * 2009-03-27 2010-11-04 Honda Motor Co Ltd 航空機用スキッドレール及びその製造方法
JP2018124013A (ja) * 2017-01-31 2018-08-09 三菱重工業株式会社 装甲車用の部材及び装甲車

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Effective date: 20020115