C/C複合材料の継手強度に関する研究

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C/C複合材料にはめ合いによるピン接合を適用した場合の変形および破壊挙動を明らかにするため、直交積層(0°/90°積層)のC/C複合材料を用いて、円孔位置,試験片幅などをパラメータとして一連の実験を実施した。試験方向としては、繊維軸と平行な場合(0°方向)と繊維軸に対して45°の角度をなす方向(45°方向)について実験を行い、試験方向の影響についても合わせて検討した。実験の結果、以下のことが明らかになった。1.0°方向および45°方向の破壊モードは、円孔横が引張応力で破壊する場合、円孔上部がピンの圧縮によって破壊する場合の2種類に分類された。それぞれのモードは試験片幅(W)と円孔直径(D)の比(W/D)によって変化し、0°方向と45°方向では引張モードから圧縮モードに遷移する点が異なることが明らかになった。平滑材の引張試験および圧縮試験の結果より、この原因は0°方向および45°方向における引張強度と圧縮強度の比が異なることに起因するもとの推測された。2.0°方向および45°方向とも、歪測定より求めた弾性域における応力集中に比較して破壊強度より求めた応力集中は著しく低いことが明らかになった。これは、応力集中によって円孔近傍で微少な破壊が開始しても、繊維のブリッジング効果によって急激な破壊は発生せず、結果として応力が緩和されたものと推測している。今後は、疑似等方性材料におけるピン継手強度について検討するとともに、C/C複合材料における応力集中緩和の機構についてより詳細に検討を進める予定である。