Construction of phenomenological crack growth models in CFRP adhesively bonded structures

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．

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．