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Investigation and improvement of interfacial strength between fiber and matrix under impact loading

冲击载荷下纤维与基体界面强度的研究与改进

基本信息

批准号：
21K03779
负责人：
小武内清貴
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Doshisha University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は，落錘型衝撃試験機を用い，一方向複合材料の面外衝撃損傷形態，ならびに，衝撃後圧縮強度（CAI）強度の評価手法を確立した．確立した評価手法を用い，一方向炭素繊維／エポキシ樹脂系複合材料の衝撃エネルギ吸収能，面外衝撃による内部損傷形態，CAI強度を湯往査した．試験片の強化繊維に対し，直行する2辺を拘束固定し，落錘による面外衝撃を試験片に与えたところ，母材エポキシ樹脂をサブミクロンガラス繊維の添加によって改質した場合，低負荷衝撃エネルギの条件において，エネルギ吸収能，内部損傷の投影面積，CAI強度の向上が認められた．また試験片の4辺を拘束固定した場合，高負荷衝撃エネルギの条件において，各種特性の向上が認められ，試験片の拘束条件によって，サブミクロンガラス繊維の添加による改善効果の発現に負荷衝撃エネルギ依存性があることが分かった．また，昨年度までに構築した引張型SHPB試験装置を用い，複合材料の層間せん断強度の負荷ひずみ速度依存性，ならびに，強化繊維角度依存性を調査した．その結果，本研究課題で用いたサブミクロンガラス繊維添加による母材改質によって複合材料の層間せん断強度は向上し，その改善効果は，強化繊維と負荷荷重方向とが平行となる条件において大きくなることが分かった．また，昨年度に調査を行った，強化繊維-母材樹脂間の界面せん断強度の負荷ひずみ速度依存性について，動的陽解法を用いた数値解析を行ったところ，強化繊維と母材樹脂との接着が不十分な条件において，破断後の強化繊維に，過度の圧縮応力が生じることが分かった．以上より，高ひずみ速度条件下における強化繊維-母材樹脂間の見掛けの界面せん断強度は，強化繊維-母材樹脂間の界面せん断強度だけでなく，強化繊維の破断によって生じる圧縮応力波の影響を受けることが分かった．

This year, the drop hammer impact tester was used to determine the out-of-plane impact damage morphology of composites in one direction and the post-impact compression strength (CAI) evaluation method. To establish the evaluation method, the impact energy absorption of carbon fiber/epoxy resin composites in one direction, the internal damage morphology of out-of-plane impact, and the CAI strength were investigated. The strength of the test piece is measured in the direction of the straight line. The test piece is restrained and fixed in the direction of the straight line. The out-of-plane impact of the drop weight is measured in the direction of the test piece. The base material is used for the resin. The strength of the test piece is measured in the direction of the low load impact. The absorption energy of the test piece is measured. The projected area of the internal damage is measured in the direction of the CAI intensity. When the four sides of the test piece are restrained and fixed, the conditions for high load shock generation are changed, and various characteristics are recognized upward. The restraint conditions of the test piece are changed, and the load shock generation dependency is improved. In the past year, a tension type SHPB test device was constructed to investigate the load-velocity dependence of interlayer breaking strength of composite materials, and the angle-dependent dependence of strengthening dimension. As a result, this research topic uses the matrix modification to improve the interlayer breaking strength of composite materials, and improves the effect of strengthening the interlayer breaking strength. In addition, the investigation conducted last year showed that the interface breaking strength between the reinforced fiber and the base material resin was affected by the load and speed dependence, and the dynamic positive solution was analyzed by the numerical value analysis. The strength of the reinforced fiber and the base material resin was not affected by the failure condition. After the failure of the reinforced fiber, the excessive compression force was generated. As mentioned above, under the condition of high speed, the fracture strength of the interface between the reinforced fiber and the base resin is different, and the fracture strength of the interface between the reinforced fiber and the base resin is different.

项目成果

期刊论文数量（15）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

繊維/樹脂間の見掛けの界面せん断強度に及ぼす負荷ひずみ速度および繊維表面のサイジング処理の影響

加载应变率和纤维表面施胶处理对纤维/树脂间表观界面剪切强度的影响

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Huijun XIE;Yanhua ZOU;村山凌太郎，小武内清貴，大窪和也
通讯作者：
村山凌太郎，小武内清貴，大窪和也

母材へのセルロースナノファイバ（CNF）添加によるCFRP積層板のボルト軸力保持率の改善

通过在基材中添加纤维素纳米纤维（CNF）提高CFRP层合板的螺栓轴向力保留率

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
川邉直雄;河村拓昌;鈴木崇弘;山本研一;小林敏雄;井上敬章;坂井英児;冨永秀和;野口修平;服部和男;巽明彦;小熊博幸;植松美彦;菅田淳 ;西川出;植田隼平，清水一郎，岡田拓真;宇賀神友康，小武内清貴，大窪和也，小倉孝太，大坪雅之，峯村淳
通讯作者：
宇賀神友康，小武内清貴，大窪和也，小倉孝太，大坪雅之，峯村淳

母材へのセルロースナノファイバ(CNF)添加によるCFRPの振動減衰特性の改善

通过在基材中添加纤维素纳米纤维（CNF）改善CFRP的减振性能