落錘試験による繊維強化複合材料の衝撃強度計測法に関する研究

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本研究では,繊維強化複合材料の耐衝撃特性の評価法として落錘式衝撃試験法を取り上げ,落錘中の応力波伝播を考慮することにより,従来よりも精度の高い荷重および変形の応答を計測した。そして,計測結果から有効な評価パラメ-タを求め,繊維強化複合材料の耐衝撃特性の評価を行い,以下のような成果を得た。(1)自由落下とバネによる加速を併用した落錘式衝撃試験機を製作した。落錘を2本のスチ-ル製丸棒により案内することによって,摩擦によるエネルギ-の損失を最小限にし,再現性の良い計測を実現できた。また,バネによる加速装置を付加したことによって,幅広い衝撃速度帯域での試験が可能となった。(2)計測結果から衝撃中の荷重一変形線図を求め,これからさらに吸収エネルギ-および最大荷重だけでなく,コンプライアンス応答を評価パラメ-タとして導出した。これらの評価パラメ-タにより試験片の耐衝撃特性がより正確に評価できることがわかった。特に,コンプライアンス応答は,試験片の損傷が小規模な場合に,その程度をより正確に識別できることがわかった。(3)繊維の材質・配向は同じで樹脂だけが異なる炭素繊維強化積層板についてその耐衝撃特性を調べた。熱可塑性樹脂であるポリカ-ボネイトおよびナイロンを用いた積層板は,熱硬化性樹脂であるエポキシを用いた積層板に比べて,優れた耐衝撃特性をもっていることがわかった。(4)落錘の質量と衝撃速度を変えて試験を行ったが,本研究の範囲内では,加えられた衝撃エネルギ-のレベルが同じであれば,質量の大小や衝撃速度の違いが積層板の損傷の程度に与える影響は小さいことが明らかになった。