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

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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．