炭素繊維強化炭素複合材料積層曲面板の破壊強度に関する実験的研究

点击翻译按钮获取中文摘要

航空宇宙分野で利用される複合材料の積層構造において、荷重を受ける曲面部は接手や補強材など多く存在する。特に、厳しい熱環境に曝される宇宙往還機への局所的利用が予想される炭素繊維強化炭素(C/C)複合材料では、主構造への取付部においてこうした構造要素は不可欠であり、その強度特性の把握は超耐熱構造システム実現のための重要な技術課題である。本研究では、この様な視点に立ってまず積層曲面板の解析に適した有限要素法の開発を行うと共に、実験における破損の観察手法の確立を目指した。有限要素解析においては、曲面板を扱う場合に変形が幅方向に捩りやせん断を伴うことが多いことを考慮して、従来の準3次元有限要素法を一般化した問題に対して有限要素法の定式化を行い、解析プログラムを作成した。これによって本来3次元領域でモデル化を必要とする場合でも2次元領域のモデル化で代用できるようになり、計算時間等の節約が可能になった。また、曲面板のより簡便な近似解析法も検討した。実験手法の確立においては、積層板内の損傷を積層板の変形から予測することを目的として、レーザホログラフィ干渉法を使った引張および曲げ変形測定の基礎研究を行った。高分子系複合材料積層平板による予備実験では、曲面板の主要な破壊様式である層間剥離について、剥離領域が比較的大きい場合にはその剥離域を特定できることがわかった。この場合の変形は、数値解析による予測と定性的には良い一致を見た。