权益分类	功能权益	普通用户	{{item.name}}会员
{{category.name}}	{{benefitItem.name}}

母材樹脂のメゾ構造を考慮したCFRPの変形・破壊マルチスケールモデリング

考虑基材树脂细观结构的 CFRP 变形和断裂的多尺度建模

基本信息

批准号：
21K14415
负责人：
川越吉晃
金额：
$ 2.33万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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

量子化学計算，分子動力学法，有限要素法を連携し，CFRPの成型時のそり変形を予測するマルチスケールモデリング手法を構築した．本手法ではGRRM（global reaction route mapping）によって熱硬化性樹脂の反応特性（活性化エネルギーと生成熱）を取得し，それを用いて内製pythonコードと汎用分子動力学シミューターLAMMPSを組み合わせた反応分子動力学シミュレーションを実施し，硬化樹脂モデルを作成した．得られた硬化樹脂モデルに対して，1軸引張シミュレーションによって樹脂剛性，昇温・冷却シミュレーションによって線膨張係数を取得し，反応前後の樹脂体積から硬化収縮率を取得する．これら樹脂物性と既知の繊維物性を用いて内製コードによる周期セル有限要素法を行い，複合材としての均質化された剛性，線膨張係数，硬化収縮ひずみを計算する．最後に得られた均質化複合材物性を積層板をモデル化したマクロ有限要素法に適用し，CFRP積層板のそり変形を予測した．比較検証のために，航空機グレードのCFRPプリプレグを用いた成形実験を行った．本研究ではクロスプライ・非対称積層を想定しており，成形実験では試験片サイズに応じた変形形状の遷移が見られ，小さい試験片では鞍型に，大きい試験片では円筒型に変形した．マルチスケールモデリングによって予測されたそり変形量および変形形状は検証実験とよく一致しており，マルチスケールモデリングの妥当性が確認された．このような原子・分子スケールから積層板スケールまでを連結した変形解析は類を見ない研究であり，多分野（高分子化学，構造力学，製造分野等）にまたがったCFRPの成形時変形問題を包括的に議論・理解できる手法である．

Quantum chemistry calculation, molecular dynamics method, finite element method are combined to predict the shape of CFRP during molding. This method is to obtain the reaction characteristics (activation and heat of formation) of thermosetting resin by GRRM (global reaction route mapping), and to realize the reaction characteristics of thermosetting resin by using internal control python and general molecular dynamics. To obtain the curing resin stiffness, one-axis tension, linear expansion coefficient, resin volume and curing shrinkage before and after reaction. The properties of the resin are known and the dimensional properties are calculated using the periodic finite element method. The homogeneous rigidity, linear expansion coefficient and hardening shrinkage coefficient of the composite material are calculated. Finally, the homogeneous composite material is applied to the prediction of the physical properties of CFRP laminates. Comparison of the test results with the aircraft test results shows that the CFRP test results show that the CFRP test results are satisfactory. In this study, the shape of the test piece was changed from saddle to cylinder, and the shape of the test piece was changed from saddle to cylinder. To confirm the appropriateness of the test results, the test results are consistent with the test results. Atomic and molecular structures of CFRP laminates are discussed and understood in relation to the analysis of CFRP shapes, including the study of CFRP shapes in polymer chemistry, structural mechanics, and production fields.