積層複合材料の層間高靭化効果の最適化に関する弾塑性メゾメカニックス的研究

层状复合材料层间增韧效应优化的弹塑性细观力学研究

• 批准号: 11750075
• 负责人: 田中 拓
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11750075/
• 关键词: 複合材料; 繊維強化プラスチックス; 層間はく離; き裂伝ぱ; メゾメカニックス; 層間高靭化; 層間樹脂層厚さ; 弾塑性解析; 層間高靱化

本研究では,層間高靭化型の繊維強化プラスチックス積層板について,層間樹脂層厚さを変化させることによる層間はく離き裂伝ぱ特性の向上を目的として,数値シミュレーションを援用した最適層間厚さの探索システムについて検討した.はじめに,一方向炭素繊維強化高靭性エポキシ積層板を試験材料として,モードI(開口型),モードII(せん断型),および混合モードI+II負荷の下で層間はく離疲労き裂の伝ぱ試験を行い,き裂伝ぱ下限界エネルギ解放率に及ぼす層間樹脂層厚さの影響を実験的に明らかにした.層間の樹脂層が厚く,かつモードII負荷の割合が大きい場合に,き裂伝ぱにつれてき裂伝ぱ抵抗が著しく増大することを明らかにし,その原因として従来より提唱されているき裂先端塑性域の発達だけでなく,き裂上下面のインターロッキングによるき裂面周辺樹脂の著しい塑性変形が影響していることを明らかにした.ついで,繊維,マトリックスおよび層間マトリックス層を区別したメゾメカニックス複合材料モデルを提案し,有限要素法あるいは境界要素法による数値解析を可能とした.このメゾメカニックス複合材料モデルを用いた弾塑性有限要素法によって,モードI,モードIIおよび混合モード負荷の下でのき裂先端塑性域の形状・寸法の解析を行い,層間樹脂層厚さの影響を検討するとともに,弾性応力分布を基にした塑性域寸法の簡便予測法を提案した.この簡便予測法を用いることによって,き裂先端での塑性変形によるエネルギ散逸を精度良く予測することが可能となった.さらに,き裂面インターロッキングによる樹脂塑性変形の予測モデルを提案し,実験結果との比較による検証を進めつつある.

This study で は, interlayer type high 靭 の 繊 d strengthen プ ラ ス チ ッ ク ス laminated plate に つ い て, between the resin layer thick さ を variations change さ せ る こ と に よ る interlayer は く from き crack 伝 ぱ features の を up purpose と し て, the numerical シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を invoking し た optimum interlayer thickness さ の explore シ ス テ ム に つ い て beg し 検 た. は じ め に, carbon 繊 d a direction Strengthening high 靭 エ ポ キ シ を laminated plate test material と し て, モ ー ド I (open mouth), モ ー ド II (せ ん fault type), お よ び mixed モ ー ド I + II between で layer under the load の は く from exhausted 労 き crack の 伝 ぱ test を い, き crack 伝 ぱ under limit エ ネ ル ギ に liberation rate and ぼ す between resin layer thick さ の influence を be 験 に Ming ら か に し た. Interlayer の が thick く resin layer, か つ モ ー ド II load の cut close が big き に い situations, き crack 伝 ぱ に つ れ て き crack 伝 ぱ resistance が the し く raised large す る こ と を Ming ら か に し, そ の reason と し て 従 to よ り mention sing さ れ て い る き crack apex plastic domain の 発 da だ け で な く, き crack on the following の イ ン タ ー ロ ッ キ ン グ に よ る き surface weeks 辺 resin の the し い し - shaped が affected て い る こ と を Ming ら か に し た. つ い で, 繊 d, マ ト リ ッ ク ス お よ び interlayer マ ト リ ッ ク ス layer を difference し た メ ゾ メ カ ニ ッ ク ス composites モ デ ル を proposal し, finite element method あ る い は boundary element method に よ る the numerical resolution を may と し た. こ の メ ゾ メ カ ニ ッ ク ス composites モ デ ル を with い た 弾 plastic finite element method に よ っ て, モ ー ド I, モ ー ド II お よ び mixed モ ー ド under load の で の き crack apex plastic domain の shape, line method analytical を の い, between the resin layer thick さ の influence を beg す 検 る と と も に, 弾 sex 応 force distribution を base に し た plastic domain inch の is simple to measure method proposed を し た. こ を の is simple to measure method using い る こ と に よ っ て, き crack apex で の plastic - shaped に よ る エ ネ ル ギ dissipation good く を precision to measure す る こ と が may と な っ た. さ ら に, き surface イ ン タ ー ロ ッ キ ン グ に よ る resin plastic - shaped の be モ デ ル を proposal し, be 験 results と の is に よ る 検 card を into め つ つ あ る.

项目成果

來海博央: "モードII荷重を受ける長繊維強化複合材料の層間マトリックスき裂先端での塑性領域"日本機械学会論文集(A編). 66巻646号. 1134-1142 (2000)

Hiroo Kumi：“承受模式 II 载荷的长纤维增强复合材料层间基体裂纹尖端的塑性区域”，日本机械工程师学会汇刊（ed. A），第 66 卷，第 646 期。1134。 -1142 (2000)

來海博央: "長繊維FRPのマトリックスき裂の解析における不均質モデルと三層構造モデルの比較"第24回複合材料シンポジウム講演要旨集. Vol.42,No.4. 81-82 (1999)

Hiroo Kumi：“长纤维 FRP 基体裂纹分析中的异质模型和三层结构模型的比较”第 24 届复合材料研讨会摘要，第 42 卷，第 81-82 期（1999 年）。

H.Kimachi: "Boundary Element Analysis of Elastic Stress Distribution near Delamination Crack in Fiber-Reinforced Composites"JSME International Journal,Series A. Vol.42,No.4. 537-545 (1999)

H.Kimachi：“纤维增强复合材料分层裂纹附近弹性应力分布的边界元分析”JSME 国际期刊，系列 A. 第 42 卷，第 4 期。

來海 博央: "長繊維FRPのマトリックスき裂の解析における不均質モデルと三層構造モデルの比較"第24回複合材料シンポジウム講演要旨集. 81-82 (1999)

Hiroo Kumi：“长纤维 FRP 基体裂纹分析中的异质模型和三层结构模型的比较”第 24 届复合材料研讨会论文集 81-82 (1999)。

田中拓: "炭素繊維強化エポキシ積層板の混合モードI+II繰返し荷重による層間疲労き裂進展挙動"日本機械学会論文集(A編). 65巻636号. 1676-1683 (1999)

Taku Tanaka：“碳纤维增强环氧树脂层压板的混合模式 I+II 循环载荷导致的层间疲劳裂纹扩展行为”，日本机械工程师协会会刊（A 版），第 65 卷，第 636 期。1676-1683（ 1999）