FRP積層板の層間破壊靭性の評価

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本研究は耐熱性ポリイミド樹脂と炭素繊維から成る一方向プリプレグシ-トを22層積層した試験片について、モ-ドIではDCB(Double Cantilever Beam)試験片を用い、またモ-ドIIではENF(End Notched Flexure)試験片を用いて破壊靭性試験を実施し、層間破壊時のR曲線(き裂進展抵抗曲線)を求めることを目的とした。またモ-ドIIでは試験片端面におけるき裂せん断変位(CSD)を測定し、き裂成長開始点について実験的考察を行なった。一般に荷重をP、試験片幅をB、荷重点コンプライアンスをCとすればエネルギ-解放率はG=P^2/2B・dC/daで求められる。モ-ドIの場合、本報では初等はり理論を基に荷重点コンプライアンスCとき裂長さaとの関係を近似する新しい評価方法を提案した。この方法はき裂長さを無次元化して個々の試験片による板厚のバラツキの影響を無くしたこと、そして破壊靭性値を求める際にき裂長さの値を用いなくてもよいことが特長である。実験の結果、き裂成長開始点における破壊靭性値は定常的なき裂進展過程の値よりも相当低いことが解り、従来法とのR曲線の比較では大差ないことが明らかになった。モ-ドIIにおける従来の方法では荷重-荷重点変位曲線から初期コンプライアンスおよび最大荷重を読み取り、初期き裂長さとともに破壊靭性を評価しているが、本試料では最大荷重に達する以前に準安定なき裂進展を伴うので、き裂進展挙動に敏感なCSDを用いることで、き裂開始点から定常的き裂進展過程までの破壊靭性の評価を試みた。その結果、破壊靭性はき裂成長開始点では低く、最大荷重に至るまでに急激に高くなり、その後徐々に高くなることが明らかとなり、従来法がき裂成長開始点に関しては危険側の評価を与えていることが判明した。