複合材料積層板の時間・温度依存型変形損傷モデリング

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本研究では、トランスバースクラックを有するクロスプライおよび擬似等方性積層板について、シアラグパラメータの時間依存性を考慮した粘弾性モデルを提案し、これを実験的に検証した。まず始めに粘弾性シアラグ解析を用いて、90度層のトランスバースクラック密度が負荷中に変化しない場合のクリープ変形モデルを構築した。具体的には、時間領域で得られた支配方程式(粘弾性構成方程式、平衡方程式、変位-ひずみ関係式)と境界条件をラプラス変換して、像空間での応力とひずみの分布を求め、これを逆ラプラス変換することにより原空間における積層板の機械的ひずみを畳み込み積分の形式で得た。次に,前述のモデルを拡張して,トランスバースクラック密度が時間とともに増加する場合対しても,時間依存変形モデルを考案した.この際,層間せん断層がある場合とない場合の両方のモデルを考えた.積層板のひずみは機械的ひずみと熱ひずみの成分からなり,両者ともにトランスバースクラック密度を含む関数を用いて求められた.最後に,クリープ変形モデルの妥当性を調べるために炭素繊維強化プラスチック(CFRP)クロスプライ積層板,及びガラス繊維強化プラスチック(GFRP)擬似等方性積層板について110℃および150℃の温度環境下でクリープ試験を行った。いくつかの試験片にはクリープ試験前に予負荷を与え、90度層にトランスバースクラックを導入した。緩和弾性率として,自然数を底とする指数関数および時間のn乗則を用いたところ,両積層板ともに、モデルによる計算結果は実験結果より小さなクリープひずみ増分を与えるが、初期クリープ曲線を除き、最終的なひずみについて妥当な予測を与えた。これらの結果から本研究で得られたクリープモデルの有効性が確認された。