極低温におけるCFRPの微視的破壊現象の学理解明と損傷進展解析への応用

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成形温度との温度差に起因する顕著な熱残留応力と、樹脂及び繊維／樹脂界面の低温脆化の影響で、CFRP積層板は極低温において低ひずみ域（0.5%以下）から微視的損傷が発生／進展する。ミクロスケールでのCFRPの数値解析は、微視的損傷の発生・進展の再現と予測に有効であるが、極低温において実証された微視力学モデルは未だに構築されていない。本研究では、極低温（20～ 200 K）におけるCFRP積層板の損傷進展解析を行うための微視力学モデルを構築することを目的とする。極低温における微視的損傷進展をin-situで観察手法を確立するため、冷凍機を備えた小型材料試験機の設計・製作を進めた。試験系の断熱と結露防止のため、負荷試験治具およびサンプルを真空チャンバー内に設置し、冷凍機からの熱伝導によってサンプルを冷却する方式とした。真空チャンバー上部の覗き窓からサンプル評定部を長焦点のデジタル顕微鏡で観察することによって、CFRPの微視的損傷をin-situでミクロ観察可能な実験システムを設計し、装置の製作に着手した。極低温における微視的損傷進展およびHeガス漏洩挙動の評価として、冷凍機を備えた大型の二軸材料試験機を用いてCFRP積層板の十字型試験片に対して二軸引張り試験を実施した。その結果、極低温では微視的損傷進展が顕著となること、Heガス漏洩挙動は薄層の積層構成には大きく影響しないことがわかった。また、CFRP積層板の微視的損傷進展をリアルタイムで評価することを目的として、埋め込み型光ファイバセンサ（光周波数領域リフレクトメトリ型FBG）の適用可能性について検討し、マトリクスき裂の検出が可能であることを実証した。