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．

具有出色特定强度和特定刚度的纤维增强复合材料被用作车辆和航空场中的结构成员，但是有许多设计变量来控制强度和变形，其损害行为也很复杂，材料的开发和设计需要时间。这项研究的重点是纤维增强的复合材料的疲劳特性，预测疲劳的寿命和损坏的行为和损坏的行为，这些复合材料具有复杂结构的疲劳性质和损坏的行为，仅基于疲劳特性和数值分析方法以及单向光纤构成的单向纤维构造材料的数值分析方法，并通过简单的结构开发型号的型号，并通过对型号进行构成型号的属性构成型号的属性，并具有型号的型号，并具有自动搜索的属性。材料信息学，旨在阐明疲劳生活与损害行为之间的关系，并缩短材料的开发和设计期。今年，我们对（1）为疲劳寿命预测系统的疲劳损伤模型的构建以及（2）构建疲劳寿命预测系统的研究。在前者中，提取了单向材料的疲劳测试数据，并从已发表文献（搜索条件：单向碳纤维增强复合材料，单旋张力）的37系列（362 sn情节）中积累。当使用拉伸强度应用归一化方法到该大型样品数据时，发现分散在广泛区域的疲劳强度特征在相对狭窄的区域，并且可以消除测试条件的效果。接下来，为了基于差异分析到归一化数据的数据合并，对符合日本材料标准学会的半同类线性模型进行了回归，并根据回归结果进行了数据合并确定。结果，确定可以将17个系列（270个SN图）以1％的显着性水平组合在一起，并且可以作为疲劳损伤模型的基本数据的大型样本数据。在后一种情况下，在构建疲劳损伤模型之前，我们考虑了基于损害机制的有限元元素方法的基本材料模型和有限元元素方法的材料模型的材料材料模型的材料非线性，并通过损害机制进行了疲劳生活的研究，从而评估了基本材料的材料非线性的损伤进展行为。

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