2026年 | プレスリリース?研究成果
CFRP接着構造の強度を数値解析で予測するマルチスケール解析モデルを構築 ―航空機構造の軽量化に向けた接着剤設計の効率化へ―
【本学研究者情报】
〇グリーン未来创造机构グリーンクロステック研究センター 助教 干川大和
【発表のポイント】
- 航空机构造の軽量化に向けて、颁贵搁笔（注1）などの复合材料をボルトではなく接着剤で接合する接着构造（注2）への期待が高まっています。
- 接着剤に添加される改质剤（ゴム粒子）が、接着剤内部の损伤や変形に与える影响を考虑し、颁贵搁笔接着构造の强度を予测するマルチスケール解析（注3）モデルを构筑しました。
- 従来は実験的な试行错误に頼ることが多かった改质剤（注4）の添加量设计を、数値解析に基づいて行うための指针になると期待されます。
【概要】
航空机をはじめとする输送机器では、燃费向上や二酸化炭素排出量削减に向けて、机体构造のさらなる軽量化が求められています。特に次世代航空机では、构造部材を固定するボルトなどの机械的缔结（注5）を减らし、颁贵搁笔（炭素繊维强化プラスチック）を接着剤で接合する接着构造への期待が高まっています。
航空机用接着剤には、耐热性や力学特性に优れるエポキシ树脂（注6）が広く用いられています。しかし、エポキシ树脂は割れやすいため、じん性（注7）向上を目的にゴム粒子などの改质剤が添加されます。一方で、改质剤の添加量によって接着剤の特性や接着构造の强度がどう変化するかを事前に予测することは难しく、従来は実験を繰り返しながら最适条件を探索する必要がありました。
东北大学グリーン未来创造机构グリーンクロステック研究センターの干川大和助教らの研究グループは、改質剤周辺で生じる微視的な損傷を表すモデルと、接着剤とCFRPからなる接着構造全体の破壊を表すモデルを連携させたマルチスケール解析モデルを构筑しました。さらに、接着剤の強度だけでなく、破壊の進みにくさを示すじん性にも着目し、改質剤添加による接着強度向上メカニズムを実験と数値解析の両面から明らかにしました。今回得られた知見により、接着剤開発における試行錯誤の削減や、高信頼性な接着構造設計への貢献が期待されます。
本研究成果は、2026年6月20日、学術誌 International Journal of Solids and Structures（IJSS）に掲載されました。
図1. 本研究で実施した接着強度試験。破壊後の接着面にはCSR粒子の痕がみられる。
【用语解説】
注1．CFRP：Carbon Fiber Reinforced Plasticの略称です。炭素繊維を樹脂で固めた複合材料で、軽量で高強度なため、航空機、自動車、スポーツ用品などに用いられています。
注2．接着构造：ボルトやリベットなどの机械的な固定具ではなく、接着剤によって部材同士を接合した构造です。穴あけ加工を减らせるため、軽量化や応力集中の低减が期待されます。
注3．マルチスケール解析：材料内部の微小な构造で生じる现象と、构造全体の変形や破壊を结び付けて解析する手法です。本研究では、颁厂搁粒子周辺の微视的な変形や损伤を评価し、その结果を颁贵搁笔接着构造全体の强度予测に反映しています。
注4．改质剤：树脂などの材料に添加し、じん性、柔软性、耐衝撃性などの性质を改善するための物质です。本研究では主にゴム粒子を指します。
注5．机械的缔结：ボルト、リベット、ねじなどを用いて部材を固定する方法です。航空机构造で広く用いられています。
注6．エポキシ树脂：耐热性、接着性、力学特性に优れた树脂です。航空机用接着剤や复合材料の母材树脂として広く用いられています。
注7．じん性：材料の割れにくさ、または破壊の进みにくさを表す性质です。强度が高くてもじん性が低い材料は、き裂が発生すると急激に壊れる场合があります。
【论文情报】
タイトル：Multiscale Modeling of Toughening in Thermosetting Resins Based on a Microscopic Damage Model: Application to Bonded CFRP Structures
著者：Yamato Hoshikawa*, Sera Koo, Yoshiaki Kawagoe, Shoko Mishima, Kazuki Ryuzono and Tomonaga Okabe
*責任著者：东北大学グリーン未来创造机构 グリーンクロステック研究センター 助教 干川 大和
掲載誌：International Journal of Solids and Structures
顿翱滨：
问い合わせ先
（研究に関すること）
东北大学グリーン未来创造机构
グリーンクロステック研究センター
助教 干川 大和
TEL: 022-795-5643
Email: yamato.hoshikawa.d4*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）
（报道に関すること）
东北大学グリーン未来创造机构
グリーンクロステック研究センター事务室
TEL: 022-795-5648
Email: green-x-tech*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）
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