疲労強度データベースと機械学習を活用した織物複合材料の材料評価システムの開発

利用疲劳强度数据库和机器学习开发纺织复合材料的材料评估系统

• 批准号: 22K14144
• 负责人: 向山 和孝
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14144/
• 关键词: 一方向炭素繊維強化複合材料; 疲労特性; 大標本データ; 損傷進展解析; 織物複合材料; 疲労強度データベース; 機械学習; 材料評価システム

比強度，比剛性に優れる繊維強化複合材料は，車輌・航空分野にて構造部材としての用途展開が図られているが，強度や変形を支配する設計変数が多く，その損傷挙動もまた複雑であり，材料開発や設計に時間を要する．本研究は，繊維強化複合材料の疲労特性に着目し，単純構造を有する一方向繊維強化複合材料の疲労特性と数値解析手法のみから複雑構造を有する織物複合材料の疲労寿命と損傷挙動を予測し，さらにはマテリアルズ・インフォマティクスの観点からベイズ最適化に基づく機械学習により高疲労特性を有する織物複合材料の自動探索システムを開発することにより，疲労寿命と損傷挙動の関係性の解明，材料開発・設計期間の短縮化を目指している．今年度は，（1）疲労寿命予測システムの疲労損傷モデルの構築，ならびに（2）疲労寿命予測システムの構築に向けた検討を実施した．前者では，公開文献（検索条件：一方向炭素繊維強化複合材料，片振り引張）から一方向材の疲労試験データを37シリーズ（SNプロット点数362点）抽出，集積した．この大標本データに対して引張強度による正規化手法を適用したところ，広域に分散していた疲労強度特性が比較的狭い領域に収まり，試験条件の影響を取り除ける可能性が示された．次に，正規化データに対して分散分析に基づくデータ併合手法を適用するために，日本材料学会標準に準拠した片対数直線モデルを回帰し，その回帰結果に基づきデータ併合判定を実施した．その結果，有意水準1%において17シリーズ（SNプロット点数270点）が併合可能と判定され，疲労損傷モデルの基礎データとなりうる大標本データを得た．後者では，疲労損傷モデルの構築に先駆け，一方向材の材料モデルと損傷力学に基づく有限要素法による損傷進展解析から母材の材料非線形性を考慮した一軸引張の織物積層材の損傷進展挙動を評価し，疲労寿命予測システムの構築に向けた検討を進めた．

Than strength, rigid に optimal れ る は 繊 d aggrandizement is compound material, car 輌, aviation eset に て structure of material と し て の USES a が 図 ら れ て い る が, strength や - shaped を dominate す る design - several が く, そ の damage 挙 dynamic も ま た complex 雑 で あ り, material open 発 や design に time を す る. This study は 繊 d reinforced composites の exhausted 労 features に mesh し, 単 pure a す を construction る direction 繊 d reinforced composites の exhausted 労 features と the numerical analytical technique の み か ら complex 雑 a す を construction る fabric composites の exhausted 労 life と damage 挙 し を to test, さ ら に は マ テ リ ア ル ズ · イ ン フ ォ マ テ ィ ク ス の 観 point か ら ベ イ ズ optimization に base づ く rote learning に よ り high exhausted 労 characteristics を す る fabric composites の automatically explore シ ス テ ム を open 発 す る こ と に よ り, exhausted 労 life と damage 挙 dynamic の masato is の interpret, material, open 発 の during design, shortening the を refers し て い る. Our は ", (1) be exhausted 労 life シ ス テ ム の exhausted 労 damage モ デ ル の constructs, な ら び に (2) be exhausted 労 life シ ス テ ム の build に to け た を 検 please be applied し た. The former で は, public document (検 line conditions: carbon 繊 d aggrandizement is compound material, a direction vibration り quoted zhang) か ら direction material の exhausted 労 test デ ー タ を 37 シ リ ー ズ (SN プ ロ ッ ト points, 362 points), set product し た. こ の large specimen デ ー タ に し seaborne て extension and strength に よ る regularization technique を applicable し た と こ ろ, his design domain に scattered し て い た exhausted 労 strength characteristics が areas of narrow い に 収 ま り, test conditions の influence を take り except け が る possibility in さ れ た. に, regularized デ ー タ に し seaborne て dispersion analysis に base づ く デ ー タ merger tactics を applicable す る た め に, Japan material society standard に quasi 拠 し た piece of several linear モ seaborne デ ル を back 帰 し, そ の 帰 back results に づ き デ ー タ merger decision を be applied し た. そ の results, to level 1% に お い て 17 シ リ ー ズ (SN プ ロ ッ ト points, 270 points) が merger may と determine さ れ, exhausted 労 damage モ デ ル の based デ ー タ と な り う る large specimen デ ー タ を た. The latter で は, exhausted 労 damage モ デ ル の build に 駆 first け, a direction of material の material モ デ ル と に base damage mechanics づ く finite elements method に よ る damage progress analytical か ら parent metal の material nonlinear sex を consider し た a shaft extension and の fabric laminated material の damage progress dynamic を 挙 review 価 し, exhausted 労 life be シ ス テ ム の build に to け た beg を 検 into め た.

项目成果

Effect of Ply Thickness on Damage Development of CFRTP Using Spread Yarns

层厚对使用展开纱的 CFRTP 损伤发展的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: M. Fujimoto;K. Mukoyama;X. Li;K. Hanaki;T. Kurashiki
• 通讯作者: T. Kurashiki

開繊糸を用いた熱可塑性織物複合材料の損傷進展解析に関する研究

使用展开纱的热塑性纺织复合材料的损伤进展分析研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 藤本真由;向山和孝;李興盛;花木宏修;倉敷哲生
• 通讯作者: 倉敷哲生