爆発衝撃 による FRP の損傷について

爆発衝撃 による FRP の損傷について

井上 卓書 ,沢 田継男榊,森本修司♯

FRP が爆発 に よる敦カな圧力波の負荷 を受ける時 .FRP 本件 は何 らかの娘傷 を受ける｡

圧力波が FRP 内払 を進行す る場 合,境界面において反射波が生起するが.この反射波 と FR P が受ける姐傷の関係について. FRP の耐爆 設計 という立場から究明する必寮がある｡本報 告は,この間癌について集魚的に嗣べたものであるが.特に FRP の頼層構 造の好守について 調べた点に特徴がある｡科られた結果は次の通 りである｡

(1) 反射引中 り波が生起するような条件の下では.プラ･ Jトワイズ方向の衝撃 を受けると, はく促による破壊が起る ｡FRP は この よ うな負荷に対 しては,庇 も胞鰐である.

(2)

反射圧縮波が生起するような条件の下では,フラットワイズ方向の衝撃 を受けると, 断面の全面にわた り白化が生 じる机 はく艇による成城は起 らず,敷皮の低下率 も小 さ

い｡

一方.エ･ /ヂワイズ方向の衝撃 を受けると,その断面に郎分的な白化が生ずるが,白 化部の捨石報は,フラ･ /トワイズ方向の衝撃の場合よりも少 く.i 封帯革性は大きい｡

1 . 穂 首

現在 接推敦化プラスチック(以下 FRP と略記)は.

きわめて多方面に使われているが,今回.笹者らは, FRP とい う特 殊な構造 をもつ複合材料が爆発衝撃 を 受 けた場 合,どの よ うな81 俄を中るかについて集散 を行 ったので,その結果について報告する｡

FRP の衝撃 就敦には,シャルビー. またはアイゾ ット衝撃鮮魚機が使用 されるが.これらは材料に局部 的な帯革 を与える方法 を採 っているので,材料全面に わたる衝撃 (例えば,爆風旺)を受けるような場合に は.これらによる妖艶結果は参考に し軽い.

爆発衝撃の与え方には屯々の方法が考えられる

が,

準者らは, ジア･ /ジニトt )フェ ノール ( 以下 DDNP

と略記)と FRP 就敦片 との関に銅板 を介在させて間 接的に衝撃 を加える方法を採った｡

この集魚において.まず,釈放片内を遠過 した圧力 波が底面 (境界面)において,圧縮波 として反射する 場合と,引張 り波 として反射する場合について,衝撃 の効果,すなわち損傷の色度,特鞍 を嗣ペ,比供 した｡

昭和5 5 年1 1 月1 8 日受理

●大阪府立大学 工業短期大学か

〒 5 4 4 大阪市生野区勝山南 3‑ 1‑4 TEL

鴨

‑ 7 1 2 ‑ 0 3 4 1 ( 代)

+ + 近点大学 理工学部

〒 5 7 7東大阪市/ ト君江 3 2 1 TEL

防 ‑721‑

2 3 3 2( 代)

次に ,FRP の強化材 であるガラスクt lスの頼層方向 に対 し,衝撃の方向が荘角をなす歩合 と,平行になる 場合の両者について,衝撃の効果 を比較検討 した｡

2 . 異境方法および杖峻片

Fi g. I に示す通 り,敢 萩 ( ba c kuppl a t e ) の上面に FRP 試 験片 を位き.その上に坪さ 2mm の銅板 ( c ov ‑ e rpl a t e ) をのせる｡次に c o v e rpl a t e の上面中央鰍 こ爆

dbo Br d t I ox

c o M S ( p r F ● c P A l l n l I l e , 7 J ) l . . 日

b ock . qPPt ot f st ee一. Al. FRP

B4keLlt

r

st yr Of o t l r r l

Fi g. 1 Ar r A ngme ntoEc l e me nt sf or e x pl os i vei mpa c t .

薬 (DDNP)を配位する｡本来敦では DDNP を底面 が 3 0 mmx3 0 7 nm で任意の高さをもつ トレーシングべ

‑, . ' ‑穀の角筒容掛 こ東庄栂の状銀で入れ,点火玉 を

用 いてこれを爆発させる ｡ba c kuppht e には密EE の

K6gyaKay ak t J .Vo) . 4 2 .No. 4.1 9 8 1

‑ 2151

Fi g.2 Re h60nbe t we e ni mpa c tdi r e c t i o n A ndl i L mi na l edi r e c don

典なる各破材料 ( 銅,アル ミニケん FRP. べ‑クラ イ ト 発泡 スチロール) を使用する｡

本来故T･ は. Fi g. 2 (I ) . ( Ⅱ)に示 す よ うに.突 放 をこ大別する｡すなわち,爽魚 Ⅰにおいては , 1 4 0 m mx3 0mmxl Omm の拭故片に対 し.dラスクt )久の 樹層方向に直角に (7ラ･ Jトワイズに)衝撃 を加 える｡

また爽 故 Ⅱにおいては. 1 0 0 mmxl Ommx1 0mm の 角棒状釈放片に対 し.ガラスクt ･スの研層方向に平行 な方向 (すなわち,エ･ Jジワイズの方向) とフラット ウイ*の方向に衝撃 を加え,紙俗の軽度 を比牧する｡

釈放材料は朱子粒 ガラスクt ,スによる強化ポ l )エス テル耕庸積層板である｡以下にこの材料の成分と成形 条件を示す｡

〔 成分〕

樹脂 ポl Jエ ステル81 庸 ( 一点用 2 4 01 L) 強化剤 無アルカ リガラス朱子扱 クt Zス dラス含有率

61%

( 瓜氏朝合)

〔 成形条件〕

熟額温度

60℃

‑T o℃

圧力成形 約 4kg / ct J (プレス成形) 成形所辞時間 3 時間

Tabl e1 Expqi me nb)c ondi t i or L SA nd

3

衝撃荷正

本英敦において使用する DDNP の爆 ご う圧力に関 してI L 沢田の研兜報告l )がある｡この租皆によれば.

DDNP の爆 ご う圧力は爆薬放血に開併せず.容辞内

‑の爆薬の充填癖虎に関係する｡妹着らは.まず砕ご う圧力 を知 るため,使用する DDNP の 盤 血 とその体 額 を測定 して充填密度 を求め,沢田の研究 より得 られ た充填密度 と爆ごう圧の関係扱E Bを用いて圧力伍 を求 めた｡その着果,奉典故における DDNP の爆 ご う圧 力は,おおよそ 3xl O ^lkdc J となることがわかった｡

次に,上紀のような爆 ごう圧力をもつ爆ごう鼓は.

爆轟 と相接する飾製 c oyq ph t eに重い衝撃 を与 える ため.圧力波が発生 し,これが･ 伝はするもの と考えら れる｡

o o yq pl a l e 内 を通過 した圧力波I L 次の碇界面に おいて,一缶は FRP に入射 し. l d は反射 して c o ye r pl a l e に返 る｡ したがって ,FRP に入射 す る圧力波 の圧力,すなわち衝撃荷或は前述の爆ごう圧力に比 し て相当に低下するものと考えられる｡

4.

爽験結果および考察

4. 1 反射波か引張 り波になる場合の軌傷の特徴 Fi g. 1 の衝撃爽政装位において ,ba c kuppht cに 発泡 スチt 2‑1 レを使用すれば.発泡 スチt 7‑ルは多血 の空気 を含んでいるので,姫界面は自由面に近い状位 になる｡したがって,この場合 ,FRP 内 を達過 した 圧力波の反射波は引裂 り波 となる｡

Ta bl e lにおける典故番号 1‑ 1 および Ⅰ‑ 2 の爽 故はこの場合に当る｡この TA bl e lは典故番号.央故 条件ならびに共助結果 (釈放片の内払状位の密化) を

まとめて示 したものである｡

央 魚 Ⅰ‑ 2 における衝撃故の細 片の耽腿を Fi 8.3 の写FE に示す｡この写fE よ り,dラスクt lスの額屑称

v a r i a t i o nols pe s i me nsJt q i t t L pa C I . ( Ca s eOfExpe r i ment I)

de me ns i on oEs pe c i me n:3 0mmx1 4 0mmx1 0 nt n( t hi c k ne s s ) di r e c t i onoI' ) mpa C l : n& t wi s e

No.Of We i g htof C h ^{町 ge}

^.

^{d MB t e r i A J s OE Ki T I dsoL VA da d}

OnOf e

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r i me nt DDNP c d x ^c p ⁿ I c

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^{b a c k up r e ne c t i y e 叩e C}

i mc T I Sdt c r 也) ( g ^{/ c m S ) pl a t e S t r}

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a Ve i J nPC t I‑ 1 7. 5

0

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83

S t yr oE oz L m t e

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h c de t ur I A m i na eby t i on I‑ 2 1 2 . 5 0

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止iwz Ne I‑3 7 . 5

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83

s t e e l c omp

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s s i yewa y e I‑4 1 0. 0 0. 8 6 s t e e l al mpr 鰯 i vewA

V e

I‑5 1 2 . 5

No. ofExper i mentI ‑ 2

F

i g. 3 Cr i npc o s s ‑ L s ec t i onoLt hes p∝i me n 血

No.of Exper

i ment I ‑4

Fi g. 4 Cr o s s r ‑ S e C l i onoLt he s pe c i me n a f t

e r i mpa c t .

が1

噂 層にはく鮭 してい

る様子がわかる｡この現象は 前述の通 り ,

FRP 内 を透通 してきた圧括波が,境界 面における H

opk i ns on 効果により,引張 り波 として 反射することにより起るも

のと考えられる｡

4 . 2 反射波が圧掠波になる場合の租傷の Fi g. 1の衝撃典故襲跡 こおいて ,ba c 特赦

kuppl a t e に 銅板 を使用すると ,ba c

kupph l e の衝撃インビ‑ダ ンスが FRP の衝撃インピーダンスより大

きくな り, 反射波は圧縮波となる｡ここにいう衝撃 インビ‑

ダン 久とは,物質の嘘庇 とその物車内を伝ばする圧力

波の 伝ば速度 との額 をいう｡ Fi g . 4は集 魚 Ⅰ

‑4 における衝撃後の筑敦片の断面 写井 を示 したものであるが,供扱片全件にわ

たって白 化が起 り,また中央鰍 二は横方向に走るかな り明 り上 うな線が静められる｡この線は圧締波の干渉 によって

生 じたものと考えられる｡ 襲 敦 Ⅰ‑ 3‑ I‑5 は ,

TA bl e lに示 している通 り 使用爆薬且 を変化

させて典故 を行ったものであるが, Fi g. 5 はこの

爽敦において,衝撃後の FRP 板より引 破 り‑ W の釈放

片 を切 り出し.それらに対 し引中 り 妖敦を行 った籍果

を示 したものである｡国中の最 も左 にナt ,･ Jトした点臥

衝撃 していない FRP の引裂 り 敷皮 を示 したもので.こ

れを基準にして強度変化の割 合を知 ることができる｡

使用爆薬丑は 7. 5g から 1 2 ･ 5

gの範囲で密化させているが

,ほぼ一様に 1 5 % 程度の 強度低下が謬められる｡この来

政では爆薬の充填癖庇 はほぼ同程度 ( 0 . 8 3‑0.

8 6g / cd) になるようにして いるので,上紀の現魚は,

爆薬(DDNP)の充填癖皮を 一定にすれば

.発生する爆ごう波の汝とう圧力 も一定

して,材料 (FRF D の受ける8I 俄 もほl 各一棟になるこ 0

⁰

^爪 0 L r ] . l n し

へ L I n . . I . J

J t J t 6 U と

l S

豊

S U

13

To 5

1 0 1 S

cbr ge d Tg Fi ) g h tof DDNP Ft g, 5 Va r i a t i o no Et e ns i l e

s t r e ng t ha l t e r e xp l o

s i v ei mpc tl oa di ng.

とを示

している｡

4 ･ 3 7ラ･ Jト

ワイズ方向とエ ‑ Jジワイズ方向 の衝撃効果の

比較

( 実 数Ⅱ▲‑1〜ⅡA ‑ 14 ,臥 ‑ 1〜t h

‑ 4) この実験においては,フラットワイズ方向とエ･ /ジ ワイ*方

向の衝撃効果 を比較するため.次のような方 法で帯革集魚 を行 う.すなわち

,

断面 1 0mmxl Omm の正方形の形状 をもった長 さ

1 ^{0 0mm の}

角棒状の FRP 釈放片 を 4 本平行に密督 し て bB d kuppl a t e 上に並べる｡この場合 ,ba c k u

p pl a t e には,ベークライ ト(密度 p ‑ 1 . 3g /

cz z f ) .FRP ( 0‑2 . O dcd [ ) , アI L ,ミニウ

ム ( p=2. 7 g/cJ) . 銘 ( p=7 . 晦 / c J)の 4 笹の材料 を使用 して.反射波の反 射率 を硬化 させ,衝撃後の細 片の内廊組稔にどのよ うな硬化が生 じるかについて.断面写ftよ り調べる｡

Ta bl C2 における英虫番号 ⅡA ‑

I〜 正人 ‑4 は衝撃 方向がフラットワイズの場合であ り

. EB‑1 〜 I h ‑

4

はエッ

ジワイズの場合である｡

4 . 3 ･ 1 反射引破 り波か作

用する構台の南街隼方向 による衝撃蝕取の比

較

反射引頼 り波が作用するような条件下において,節 撃方向が

7ラ･ /トワイズの敏合とエ ･ Jジワイズの場合 について衝撃効果 を比較す

る｡

典 故

Ⅱ

▲14は7 ラ･ Jトワイズの娘合であ り ,

I 4

はエ ･ /ジワイズの場合である｡これ らの歩合はい

h‑

ず れも しているの で,発泡スチロI/I,を使用した場合と同様.反射引張 り波が生ずる . bA C kupph t el こベークライ トを使用

F

T8bl e2 Exp e T i me nt A Jc ondi t i onz ndvui di onoEs pe c i J ne nSa f t e ri mpc t . ( C a s eo EEx pe r i me ntⅡ)

de me J ui onoh pC C i me n:1 0mm

x

1 0 mmx l ^{O Omn}

No. Of Di r e c t i onWe i ght〇一 Cbr ge d MA t e r i a l s Ki ndsOE VA r i d○n〇一 No. oE

Fi gur e e me X

pq i

nt

‑

i t npA o L c t DDNP Q! ) e de ( 叩l g ′ mi cn O s t D y i ve oEba pht e c kup r S e t r Ac e s c SwA t j y e V

sp

e c i me

ns

bhot o p ph

e

血

i mpc l o Es e c don)

Ⅱ ▲‑ I AJ l t Wi s e 1 3 . 7 0. 81 St e e l c wa ompー v e C 8 B i ye Fi g. 7‑( A )

Ⅱ

▲‑ 2

1 3 . 7 0. 81 Ahmi nun c ompr e s s i ve Fi g. 7 ‑仙)

Ⅱ

▲‑ 3 1 3. 5

0

.

82

FRP Wa r e Fi g.7‑( a )

Ⅱ ▲‑ 4 1 4 . 0 0. 7 9 Bi 血di l

e t e

n

s i l evA V e t di w01 y i de 8 dht ye r S ○ Fi g. 6‑( A )

ⅡB‑ I e dge wi s e 1 3 . 8

0

.

8

0

St e e l c WA omp他 S V E i v c )g u ‑ 薫 e i . n e l

An

n r

g

d

‑:

Fi g.7‑帆)

Ⅱ

B‑ 2

1 3 . 8 0 . 8 0 Al umi num

c Ot npr e S S i y e Fi g. 7‑( e )

ⅡB‑ 3 1 3 . 7 0 . 81 FRP Wa ve Fi g.7‑( I )

ⅡB‑ 4 1 4. 0 0. 7 9

Ba k e L i t e t e n8 i I ewA Ve Fi g. 6‑ 肘

義 ( Q)

HQt Wi se No. o

f

Ex per i ment I▲ ‑4 ( Exper No. b) edgewi of i ment se IB ‑A Fi g. 8 Cr os s 一 冬 e c t i onoEl he叩e S i me nA f t e r

i mp8 C l . は く霞が生 じ

, 2

屑に分担

した状態が税烏できる｡回 の(

叫はエ･ /ジワイズの場合であるが.称分的な白化が 静められるものの.はく挺跡 を起すまで

には至って いない｡以上の也蕪より.反射引破 り波に

よる租借f L 7ラ･ Jトワイ*の場合の方がェ･ /ジワイ

ズの堵合より 大きいという結

果が得られた｡

4. 3 . 2 反射圧栂池か作用する場

合の丙衝撃方向に よる衝撃効果の比較

反射

庄櫓波が作用するような条件下において.衝撃 方向がブラ･

/トワイズの場合とエ ･ /ジワイズの騎合に ついて衝車効果を

比較する｡

実 故 ^Ⅱ A ‑1 〜 ^R A ‑3 ^{は7ラ･ /トウイ*の場合}

であ り,典故 Ⅰ8 ‑ I ‑ⅡB ‑3 はエ ･ Jジワイ*の場合で

あ

る｡いずれの場合 も bA c kuppht e に三唖薪 の紳 ( 飼.アルミニウム ,FRP) む施用 して,反射波と して.

圧鯨政が作用するようにしている ｡(FR

Pを ba C kup pht e に使

用する場合は.同一材質であるため,‑伝 は完全に透過することにな

るが.さらに次の境界面.

すなわち.地面と bB C kuppl a t e と

の境界面からの 反射効果 もあるので.この場合 も,粗 片には,反射

圧枯波が作用すると考えられる Fi g. 7 の ( A ) ‑( ｡ )

f ) に帯革後の飲敬片の断面写共 を示す｡

E gの( A

)〜(

C

)

はそれぞれ英 戟 Ⅱ ▲‑1‑ Ⅰ A ‑3 の結果に俵 当 し.団の

(

A

)

〜( f ) はそれぞれ典 故 Ⅱ8 ‑ 1 ‑

h

‑3 の

椿 果に鋲当する｡すなわち,(

A ) 〜( a ) は7ラ･ Jトワイズの 場合であ

り.td)〜(f)

はエ ･ J

ジワイズの場合である.

いま.これ らの断面写ffより.白

化の状鹿について, フラ･ /トワイ*の場合とエ ･ /ジワイ

ズの替合を比故す ると . 次のような

ことがいえる｡

(1)7ラ･ )トワイズの敏合は,はは

全面にわた りEI (2) 化する. エ ･

/ジワイ*の場合は,釈放片の下面 ( ba c kup pl A t e との境界両側)よ り自化 し,白化部分と乗 白化か分が軸捻と区別 される｡

以上のように白化釈

放に関 して,両者のf F l に疏菅な 差異が生 じたこと

は注目すべき現魚である｡

いま,この現魚について考頼すると, 7

ラ･ /トワイ

ズの

fl qt wi se

葛 撃

^室

edgewi se

( d) Fi ⅡB g. 7 Cr ‑1 o

s

s q c t ( i on e) E B ‑2 ( f )Ⅱ B ‑3

DamageofFRP b yl ma c tofEx pl odi ng

byTa k a s hiI NOUE+ ,TuguoSAWADA* ●a ndSy uj iMORI MOTO'

Whe nFRPs ub j e c t st ot hel oa di ngofs ( r ong pr e s s ur ewa v ebyt hee xpl odi ng , t

hebo dyo EFRPs us t a insc o ns i de r a bl eda ma g e.

Theobj e c to ft hi ss t udyi st oc hr iL lt hemut ua lr e l a do nbe t we e n t her e L I e c t c d wa v ea tt hebou nda r ys ur hc ea ndt heda ma geofFRP. Ther e s ul t sobt a ine df rom t

hs e se xpr e i ne nt sa r ea sf ol l ows .

( 1 ) Unde rt hec o ndi t i o nr e ne c t e d t e ns i l ewa v e a r er e l e a s e d,Fl a t wi s el o a di ng br ingst hCf ra c t ur et ha ti s也uS e dbyde l a m ina t i o n.

( 2) Unde rt hec o ndi t i onr e 爪e c t c dc ompr e s s i v ewa v ea rer e l e a s e d ,

( a ) Fl a t w iS el o a di ngbr ing st hewhi t e ni ngA l hr e aofs e c t i o n,butt hef r a c t ur e do e sno toc c ur .

O i IEdge w is el oa di ngbr ingst hewhi t e ni ngpa r t i a l ar e a oEs e c t i on , a nd t he t ot ala r

e

aofwhi t e ni ngi nt hi sas ei ss mal l e r

th iLn th

a tOEf ht w is el o a di ng.

Unde rt hi sl o a di ngc ondi t i o n,t hei mpa c tr e s i s t i nga bi l i t yofFRPi sve r y hi gh.

( * J uni orCo l l e geofEng ine e r ing,Uni ve r s i t yoEOs a k apr e f e c t ur e ,

3 ‑1 ‑4Ka t uya mA mi na mi ,I kuno,Os a k n ,54 4 ,J a pa n.

MCol l e geoESc i e nc eA ndEng ine e r ing,Uni ve r s i t yo EKi n k i ,

3 21Ko wa k a e ,Hi ga s hi o s aka,

O

s ak a,5 7 7,J a pa n. )

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^.a

. …

蒜…爺 .,

gF 故情報‑ブースター工場と貯兼庫の爆発事故 ペルーの L ima ,Pue n t ePi e d n の FA b r i c ade Me c h A SS. A. の ブー スタ‑工場 と貯載伍で ,1

98

0 * 1 1 月 24E lに火災から壌尭 となる亦故が先生 Lた｡気温 2 2 ℃,相対温皮8 0%,最高風 津1 2 ′I / トであった｡事 故発生個所はベ ントライ ト取除 ･空気抽出装匿で,温 親ジャケットを有する3 つの散解加熱相 とダクトと屯 勤抽出潜からなる｡事故発生時には敵解加熱槽のジャ ケットの晴輪中であ り,午後 2 時 3 5 3 1,作美者が h3 の散解加鮒 から舞上にでている多血の億 を発見 した｡

次いで火災は忠己 削こ拡大 し,爆発 とな り.それによる 自熟 した飛放物が h3 7 貯茂雄におち火災とな り,火災 に続いて強い爆発 となった｡被災火柵 はペンス l )ツ

ト l St o n と昏 かれ ているが.ブースター工場のみ と

すれば故事は小さく.実態は不明である｡この他恥 3 7 貯蔵席の火藻類は各屯 と沓かれている｡被事は死 傷者はな く. 6 0 m と1 0 0 nの工場の破租が報告され ている｡事故の原田は明らかではないが.火災は久 イッチによるかまたは滑給作集中になされた人の不 手際によるのではないかと想定される ｡ ( 錬者注 :

火薬類停滞中にジャケット清掃 ( J a c k e tc l

ea

n i n g ) を行なうのは不可解である｡ )今後 の対兼 として, 熱涙 としてt B気エネルギーの使用 を避けること.保 守作兼手雌の改野,大きい' , 'L Jケー ドの槌乱 熱感 知シャワーの投匿等である｡

出典 :国際火薬類榔 報交換会報告

Ac dd e n tRe po r tNo . 3 7 0 ( 衣山太郎)

‑2 2

0‑

工桑火薬協会誌