組み合わせ負荷条件下におけるCFRP積層板の微視的損傷の定量化と劣化・寿命予測

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本研究では，耐熱CFRP積層板が組み合わせ負荷（疲労負荷後に引張負荷を受けたり，クリープ負荷後に衝撃負荷を受けたりするなど）を受けた際の劣化を材料中のエントロピー生成量により記述し，積層板内に生じるマイクロメートルスケールのトランスバースクラック発生メカニズムを解明した上で，耐熱CFRP積層板の劣化・寿命を数値シミュレーションで定量的に予測することを目的としている．2022年度では，耐熱CFRP積層板のトランスバースクラック発生を実験的に捉えるために，0°と90°方向に繊維が配向された直交積層板を作成し，常温にて周波数の異なる複数条件の繰り返し負荷試験を実施した．実験では，アコースティックエミッション（AE）波という破壊に伴って発生する弾性波の検出およびマイクロスコープでの観察にて，90°層内の任意の場所に発生するトランスバースクラックを特定した．この手法により，異なる周波数におけるクラック発生数の依存性も確認し，周波数が低いほどクラック数が少なくなる傾向を確認した．また数値解析的な検証として，ミリメートルスケールのCFRPモデルに周波数の異なる繰り返し負荷を与えることで，実験結果の検証シミュレーションを行った．実験と解析結果との比較により，繰り返し負荷を受けた際の材料劣化を材料中のエントロピー生成量により記述した数理モデルが実験結果の傾向を捉えていることを確認した．上述の研究成果は，国際学会1件として報告した．