柔軟構造薄板材料に適した簡易純曲げ疲労試験装置の開発

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【研究目的】樹脂材料や織物複合材料に代表される柔軟な薄板状材料は, 航空宇宙用の展開構造などに適しており, これらの材料の力学的特性を把握しておくことは, 構造物の設計に不可欠である. 長期に亘って繰り返し使用する構造の場合は, 信頼性確保や機能維持の観点から, 材料の疲労特性を明らかにしておくことも必要であると考えた.【研究方法】研究代表者は2本のシャフトに装着して駆動されるベルトに試料を載せ, ベルトと共に周回運動をする際に受ける曲げ変形を利用する簡便な純曲げ疲労試験法を提案し, 試験機を開発・実験を行ってきた. 大きな曲げ変形を受ける極めて柔軟な構造用板材料に適していると思われる試験法であり, 試料に加わるのは, ベルトが取り付けられたシャフトの半径に対応する曲率の曲げ変形である, この点が3点曲げや4点曲げ試験のように, 試料に生じさせられる曲率は小さいが, 曲げモーメントを決められる試験法とは異なっている. 実際に曲率半径1.5, 2.0, 2.5mmの3種類のシャフトを用意し, 炭素繊維織物複合材料試験片にて実験を行うことで装置の実用性を示すとともに柔軟材料の曲げ疲労特性を取得した.【研究成果】炭素繊維織物複合材料2種(三軸織物・平織物)について実験を行った結果, 炭素繊維織物複合材料が曲げ疲労特性を有することを確認した. ほか, 三軸織物・平織物について以下のことが明らかになったといえる.・三軸織物より平織物のほうが曲げ疲労耐性が高い.・繊維の損傷について, 平織物のほうが規模が小さく, さらなる繰り返し曲げ変形を加えても損傷が広がることがなかった.