積層複合構造物の弾塑性有限変位挙動に関する基礎的研究

点击翻译按钮获取中文摘要

軽量性,高比強度,高比剛性を持つ繊維強化複合材料(FRP)は,構造軽量化、耐衝撃性や耐腐食性の重要な航空・宇宙産業,自動車産業,船舶・海洋産業を中心に広い分野で使用され,最近では高耐久性にも注目して,土木・建築材料としても期待されている。本研究ではこのような積層複合構造の基礎的な研究として,積層板および積層偏平シェルの非線形挙動特性に関する研究を行った。1)まず,等方性偏平シェルの非線形問題に関して,基礎微分方程式に基づいて直接的,効率的かつ信頼性の高い解析手法を開発し,飛び移り座屈および分岐座屈挙動について考察した。その結果,楕円放物面の曲面形状において飛び移り座屈現象が多くみられ,周辺の拘束条件により座屈荷重は大きく変化してくることを明確にした。さらに、終局限界においては塑性膜状態になることを,有限要素法による解析と併せて確認した。2)つづいて,等方性偏平シェルの力学的特性を調べるために,載荷装置を作製し,載荷実験を実施した。しかしながら,曲面形状ゆえの載荷方法の難しさ,あるいは初期不整の影響により,耐荷力は弾塑性有限変位解析結果よりも著しい低下となり,満足した結果が得られなかった。今後,載荷方法の改善,初期不整の実態調査などが必要である。3)さらに,本解析手法を一次せん断変形理論に基づく積層複合構造の有限変異問題に拡張し,線形問題の場合よりもせん断変形の影響は顕著に現われることを明らかにした。また,非線形挙動は積層数や積層順序よりも弾性係数比や配向角などに大きく影響され,大幅な座屈荷重の低下がみられた。今回用いた諸元における座屈荷重は破壊強度以下であり,破壊パターンとしては層間剥離などによる破壊現象であること考えられるため,これらの破壊メカニズムおよび基礎理論の調査を行った。