Design of Pseudo-ductility in Fibre Reinforced Composites by Controlling Interlaminar Properties

通过控制层间性能设计纤维增强复合材料的拟延展性

• 批准号: 21K04482
• 负责人: 中谷 隼人
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Osaka Metropolitan University (2022)Osaka City University (2021)
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04482/
• 关键词: 炭素繊維複合材料; 擬似的延性挙動; フラグメンテーション; 層間破壊靭性; アコースティックエミッション; ファイバメタル積層材; 界面強度

2022年度は，CFRP積層板に繊維不連続部（0°層）および層間メッシュ層を導入することによる微小損傷の蓄積によって発現する擬似的延性のさらなる精緻化に取り組んだ．まず，微小損傷蓄積に有効な層間メッシュ層の導入位置を評価し，さらに繊維不連続部から発生する層間はく離をある程度許容するための層間メッシュ層での切り込みを組み合わせた．これにより，デジタル画像相関法により測定した繊維不連続部付近の表面ひずみの分布において，最大破断ひずみが約2倍となることを明らかにした．今年度は引張試験中に測定したアコースティックエミッション（AE）のピーク周波数にも着目し，層間メッシュ層の導入により，CFRP積層板での母材き裂の発生と思われる周波数帯域のAEが試験開始から破断まで絶えず発生し続けることと，メッシュ層に起因する新たな損傷モードも擬似的延性挙動に寄与することを示した．擬似的延性によるエネルギー吸収能の材料設計への応用例として，層間メッシュ層を導入したCFRPアングルプライ積層板が両端切り欠きや面外衝撃損傷などの応力集中部を有する場合の残留引張強度や疲労寿命について評価した．層間メッシュ層を導入することで，負荷する衝撃エネルギーに関わらず，引張負荷での強度や破断変位の低下を10%未満にとどめるという顕著な成果がみられた．疲労負荷では，層間メッシュ層による応力集中緩和効果により，あたかも応力集中部が存在しないかのように材料全体で微小損傷を蓄積することで疲労寿命が大幅に向上することを，X線CT等による内部損傷の詳細観察により明らかにした．このような層間メッシュ層の導入によるCFRP積層板での擬似的延性の発現とその応用例を扱う本研究は，これまでにないCFRP積層板の使い方を可能とするものであり，CFRP構造の更なる普及に向けて大きな意義がある内容となっている．

In 2022, CFRP laminates will be refined by introducing micro-damage accumulation and development in the non-continuous part (0° layer) and interlayer layers. In addition, the introduction position of the interlayer in the accumulation of micro-damage is evaluated, and the interlayer separation of the interlayer in the non-continuous part is allowed. The maximum breaking point is about 2 times higher than that of the maximum breaking point. In this year's tensile test, the frequency of the test cycle (AE) was determined, and the initiation of cracks in the base material of CFRP laminates was determined. The frequency of AE in the test cycle range was determined, and the initiation of cracks in CFRP laminates was determined. The causes of new damage in CFRP laminates were determined. The residual tensile strength and fatigue life of CFRP laminates are evaluated in the case of end cuts, out-of-plane impact damage, and stress concentration. Interlayer load is introduced into the layer, and the load is impacted. The intensity of the induced load is reduced by 10%. The fatigue life of the material is greatly increased due to the existence of stress concentration between layers and the accumulation of slight damage in the whole material. The development and application of quasi-ductility in CFRP laminates with interlayer structure are discussed in this paper.

项目成果

繊維不連続部を有するCFRP積層板の損傷挙動と擬似的延性

具有纤维不连续性的 CFRP 层压板的损伤行为和伪延展性

• 发表时间: 2022
• 作者: 米倉開途;坂本結香;中谷隼人
• 通讯作者: 中谷隼人

Damage Accumulation in Angle-plied CFRP Laminates with Mesh Interlayers under Fatigue Loading

疲劳载荷下具有网状夹层的角层 CFRP 层压板的损伤累积

• 发表时间: 2022
• 作者: Kazuki Yasuda;Tatsuhiko Shiina;Daisuke Nakata;Masaharu Uchiumi;中田大将，安田一貴，椎名達彦，アン・イヨン，山岸晃己，夛田卓矢，橋本侑茉，江口 光，内海政春;Isamu Tani and Hayato Nakatani;山岸晃己，中田大将，安田一貴，椎名達彦，アン・イヨン，夛田卓矢，橋本侑茉，江口光，内海政春;Hayato Nakatani and Yuika Sakamoto;Hayato Nakatani and Yuika Sakamoto
• 通讯作者: Hayato Nakatani and Yuika Sakamoto

Evaluation of Interfacial Strength between Matrix and Fibers with Different Stiffnesses and Diameters

不同刚度和直径的基体与纤维之间的界面强度评估

• 发表时间: 2022
• 作者: Kazuki Yasuda;Tatsuhiko Shiina;Daisuke Nakata;Masaharu Uchiumi;中田大将，安田一貴，椎名達彦，アン・イヨン，山岸晃己，夛田卓矢，橋本侑茉，江口 光，内海政春;Isamu Tani and Hayato Nakatani
• 通讯作者: Isamu Tani and Hayato Nakatani

CFRPアングルプライ積層板の疲労特性に及ぼす層間メッシュ層の影響

层间网格层对CFRP角钢层合板疲劳性能的影响

• 发表时间: 2021
• 作者: 坂本結香;中谷隼人
• 通讯作者: 中谷隼人

繊維不連続部を有するCFRP積層板の層間メッシュ層導入による擬似的延性

通过在具有纤维不连续性的 CFRP 层压板层之间引入网格层来实现伪延展性

• 发表时间: 2023
• 作者: 中谷隼人;伊村信祐;坂本結香
• 通讯作者: 坂本結香