十字型一方向複合材料試験片の桁接合強度評価法の確立

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近年，トポロジー構造最適化した複雑な繊維強化プラスチック（FRP）桁構造物が3Dプリンタによって成形され自転車等に実装される例や人工衛星のラティス構造体の実用等，桁構造がFRP構造物のより高比強度化に寄与している．桁構造体では多軸荷重状態は想定されないため，桁接合面のはく離挙動は未解明であった．本研究では，軽量・高強度化に優れる一方向複合材料（UD）を用いた桁構造体の健全性評価を可能とする多軸荷重状態での桁接合強度評価法を提案する．十字型UD桁試験片に曲げ負荷および面内せん断負荷を与えることにより，接合部の曲げ負荷下はく離挙動や面内2次元せん断型はく離挙動を呈する試験法を確立し，その場観察による損傷の定量化および結合力要素を用いた損傷進展シミュレーションを併用することにより，桁接合部のはく離挙動を解明することを目的とした．2022年度は，結合力要素を桁接合部に導入した十字型UD桁有限要素法モデルを構築し，各破壊モードに対応した結合力および破壊靭性値を2021年度に得られた試験データとフィッティングすることで，観察された損傷と負荷形態，試験片寸法の関係を考察し破壊機構を調査した．曲げ負荷下での十字型UD桁接合部の破壊は，梁の幅や長さによりモードI型はく離挙動から梁の引張負荷に推移することが予測されたため，種々の梁の幅と長さ，厚さをモデル化し解析的に最適な桁幅や厚さを推定した．これらの検討から十字型UD桁試験片接合部のモードI型はく離挙動を説明可能な結合力と破壊靭性値を推定した．さらに，面内せん断型はく離挙動の解析モデルの構築では，接合部の純せん断を与えるために治具も剛体でモデル化するなどの工夫を行い，モードIIおよびIIIの複合型はく離挙動を説明可能な結合力と破壊靭性値を推定した．