積層構造の曲げと応力に関する簡易解析説明資料

積層構造の曲げと応力に関する簡易解析説明資料積層構造の曲げと応力に関する簡易解析説明資料 2012年7月6日白澤

解析の背景 ①　積層構造膜面の全体の曲げ剛性の解析 • セイル搭載の各部品（一部はフライトスペア膜からサンプルしたもの）について，曲げ剛性を大まかに調べる実験を行った．→大野くん実験結果． • 非常に剛性が低い材料であるため，3点曲げ試験ではなく自重による曲げを観測するような試験を行った．この試験方法の妥当性を確認するため，簡易解析により積層膜面の曲げ剛性EIを推測し，実験結果とオーダーが合うことを確認した． ②　端面処理テープの曲げ剛性の解析 • フライトスペア膜から端面処理テープ(50mm幅)を切り出したところ，テープ貼りつけ時の初期応力により発生すると考えられる湾曲が発生した．この湾曲により，波板の曲げのように長手方向の曲げに対する剛性が向上したと考えられる．　　→大野くん実験結果． • ただし，遠心力（張力）や太陽光圧の影響により，湾曲が軽減されてしまうと，テープの長手方向の曲げ剛性は低下すると考えられる． • IKAROSの各スピンレートに対して，端面処理テープの曲率がどのように変化するのか，オーダー評価を行った． • さらに，IKAROSの軌道における温度環境において端面処理テープの曲率が熱応力によってどのように変形するのか，予測する．　　→接着層があると，温度変形の予測が難しい．（参考：熱真空試験結果）

簡易解析の流れ（薄膜電池カール対策研究より引用）簡易解析の流れ（薄膜電池カール対策研究より引用） • 解析方針 • 簡易解析（Bernoulli-Euler梁モデル）により，各層に加わる応力とモーメントのつりあい条件から，曲率を求めている．ガラス変位計測結果からフラットな状態でのひずみ，応力を導出梁モデルの中立面の導出今回は，フリーな状態での曲率が実験と一致するように，初期応力をIterationにより求めた．全体の曲げモーメントがゼロとなる曲率を導出熱応力の導入曲げモーメントが加わる場合はその値を右辺に代入して収束計算する．

①積層構造膜面の全体の曲げ剛性の解析 • 簡易解析により，ハーネス，薄膜太陽電池について曲げ剛性を求めた． • 全体の曲げ剛性EIの値は，大野くん実験結果のオーダーとよく一致している． Cuなしハーネスポリイミド25μm 接着層（シラスコンRTV4086）35μm ポリイミド25μm Cuありハーネスポリイミド25μm 接着層（シラスコンRTV4086）30μm 圧延銅箔テープ（Cu）35μm ポリイミド25μm ITFT（構成は推測）透明電極層（ITO）150μm？太陽電池層（α－Si）100μm？裏面電極層（Ag-Alloy？）150μm？ベースフィルム（U-PILEX？）25μm？接着層（シラスコンRTV1701）30μm ベースフィルム（U-PILEX？）25μm？裏面電極層（Ag-Alloy？）150μm？太陽電池層（α－Si）100μm？透明電極層（ITO）150μm？

②　端面処理テープの曲げ剛性の解析 • 簡易解析で求めた端面処理の曲げ剛性　←幅1mを想定． • 遠心力に対する曲率の変化 • NEDA解析から，各要素の単位体積当たりのひずみエネルギーを導出．　　（単位体積あたりのひずみエネルギーU/V）＝（主応力σ）2/(2×ヤング率E）と仮定．　　　　→主応力σ，単位幅あたりの力Fを導出． • 二次展開後の2.5rpmのときでU/Vは1[N/m2]程度．　　→σ=80000[N/m2] 　　→単位幅あたりの力F:0.6[N/m] • 曲率Rに対応する単位幅あたりのモーメント MR=FRsin2θ • 上記モーメントがかかったときの曲率半径Rfを　　収束計算により求める．→次頁端面処理テープ実験で求めたフリー状態での曲率半径 R=0.0732m ポリイミド25μm 接着層（シラスコンRTV4086）28μm ポリイミド7.5μm R=0.0732 θ θ F 曲げモーメントM=Fsinθ×Rsinθ θ=b/2R（b:テープ幅） b

②　端面処理テープの曲げ剛性の解析 F=0.0[N/m] Rf=0.732m F=0.6[N/m]：2.5rpm相当 Rf=0.797m F=0.1[N/m]：1.0rpm相当？ Rf=0.193m F=2.9e-4[N/m]：0.055rpm相当？ Rf=0.735m

参考資料ポリイミド膜＋接着層のサンプルの熱真空試験結果（薄膜電池カール対策研究より抜粋）参考資料ポリイミド膜＋接着層のサンプルの熱真空試験結果（薄膜電池カール対策研究より抜粋）

UVカット層（CeO2）200nm 保護層（ISAS-TPI）10μm 透明電極層（ITO）150nm 太陽電池層（α－Si）100nm 裏面電極層（Ag-Alloy）150nm 接着層（シラスコンRTV1701）20～40μm ベースフィルム（Xenomax）25μm カール対策層（CeO2）0～200nm 温度センサ ②UVカット層CeO2_200nm 裏面反り取りCeO2_200nm 3cm×3cm (画面手前がUVカット層) ③UVカット層CeO2_200nm 裏面反り取りなし 3cm×3cm (画面手前がUVカット層) ①UVカット層CeO2_200nm 裏面反り取りCeO2_10nm 3cm×3cm (画面手前がUVカット層) 小片サンプル6枚 Xenomax +電池層 3cm×1cm (画面手前が電池層) Xenomax +40um接着層 3cm×3cm (画面奥が接着層) Xenomax +20um接着層 3cm×3cm (画面奥が接着層) 2012/1/27 常温→-150℃→常温基盤フィルム（Xenomax）33μm 接着層（シラスコンRTV1701）20～40μm 透明電極層（ITO）150nm 太陽電池層（α－Si）100nm ベースフィルム（Xenomax）25μm 裏面電極層（Ag-Alloy）150nm

小片サンプル6枚 24℃→-1℃→-37℃→-74℃→-108℃→-113℃→-150℃

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