Construction of phenomenological crack growth models in CFRP adhesively bonded structures

CFRP 胶粘结构中唯象裂纹扩展模型的构建

基本信息

批准号：
19J13774
负责人：
大島草太
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究はCFRP接着継手を対象に，接着部のき裂先端近傍におけるマイクロ・メゾ領域での損傷発生・進展メカニズムの解明を行うとともに，接着剤の非線形力学挙動，損傷挙動，破壊挙動を考慮した数値モデルを構築し，高精度なき裂進展挙動の予測手法を確立することを目的とした．実験ではその場観察試験の結果とX線CT装置を用いた観察の結果から，接着継手の負荷モードによって破壊メカニズムが異なることを明らかにした．非線形力学挙動と連続体力学を統合したき裂進展モデルとして応力多軸度に依存した接着剤の降伏挙動と損傷挙動を導入した．き裂先端近傍の微視的損傷挙動を再現するため，き裂先端のみを局所細分化した有限要素モデルを作成し，陽解法有限要素解析によりモードI荷重下とモードII荷重下の損傷進展解析を試みた．解析の結果，モードI荷重下では損傷発生基準の応力多軸度依存性が小さい場合に，モードII荷重下では逆に損傷発生基準の応力多軸度依存性が大きい場合に実験と同様の破壊形態を再現できることが分かった．すなわち，同じ材料系を用いているにもかかわらず，現在使用している材料モデルでは統一的に破壊現象を再現できないことが明らかになった．現在のところ，提案した数値解析手法ではモードI荷重下とモードII荷重下の損傷・破壊挙動を統一的に説明できないため，将来的な課題として，高い静水圧応力を受けたときに生じる接着剤の物性変化などを考慮した材料モデルの構築が必要であることが示唆された．今年度の研究成果としては，国際誌2報，国際学会2件，国内学会4件の発表を行った．

这项研究旨在开发和开发一个CFRP键关节，以在粘合剂的裂纹尖端附近的微膜区域发生损害和发展，并构建一个数值模型，该模型考虑了非线性机械行为，损伤行为和粘合性的损伤行为和骨折行为，并建立一种预测裂纹生长行为的方法。该实验表明，通过使用X射线CT系统的原位观察测试和观测值的结果，失败机理取决于粘合关节的负载模式和观察结果。作为整合非线性力学行为和连续力学的裂纹增长模型，我们引入了依赖于压力多轴性的粘合剂的产率和损伤行为。为了重现裂纹尖端附近的微观损伤行为，我们创建了一个有限的元素模型，其中只有裂纹尖端在局部进行划分，我们尝试使用模式I和模式II载荷使用明确的有限元分析来分析损伤进展。分析表明，在Mode I负载下，与实验相同的断裂形态与实验相同的损伤产生标准的多轴依赖性很小，另一方面，在Mode II载荷下，当压力的损伤产生标准的压力多轴依赖性很大时。换句话说，已经揭示了即使使用了相同的材料系统，但当前的材料模型也无法再现骨折现象的统一。目前，提出的数值分析方法不能统一解释模式I和模式II载荷下的损伤和断裂行为，因此建议未来的挑战需要构建材料模型，考虑到遇到高静水压力压力时发生的粘合剂物理性质的变化。今年的研究结果包括两个国际期刊，两个国际会议和四次国内会议。