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Development studies on in-situ observation apparatus of microscopic damage for durability evaluation of high-temperature composites under HSCT simulated environment

HSCT模拟环境下高温复合材料耐久性评价微观损伤原位观测装置研制研究

基本信息

批准号：
13355035
负责人：
TAKEDA Nobuo
金额：
$ 32.7万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

In order to evaluate and assure the durability of advanced CFRP laminate structures, it is necessary to formulate the failure process including initiation and growth of transverse cracks, delamination, and fiber failure up to the final fracture. The allowable design strain is still limited due to lack of accurate formulation of the failure process.In the present study, the authors developed an in-situ observation apparatus of microscopic damage for durability evaluation of high-temperature composites under HSCT simulated environment Based on the experimental results, finite element analysis(FEA) code was developed to simulate the failure process up to the final fracture. The following failure stages were identified in the experiments and theoretically formulated : (1)initiation of transverse cracks in 90-degree plies, (2)evolution of multiple transverse cracks, (3)initiation and growth of delamination generated at the transverse crack tips, and (4)fiber failure.In particular, we successfully presented a new FEM code to characterize the initiation of transverse cracks in 90-degree plies in more rigorous way. This code includes the following features : (1)Elasto-plastic behavior of the polymer matrix was realized, (2)Cohesive elements were introduced for physical understanding of transverse crack initiation and growth, and (3)The Weibull-of-Weibull model was introduced to formulate the multiple fiber failures along a fiber length.

为了评估和保证先进的CFRP层合板结构的耐久性，有必要描述从横向裂纹的萌生和扩展、分层、纤维破坏到最终断裂的破坏过程。针对高温复合材料在HSCT模拟环境下的耐久性评价问题，研制了高温复合材料细观损伤现场观测仪，并在此基础上开发了有限元分析程序，模拟了高温复合材料的断裂过程。在实验中发现并从理论上描述了以下破坏阶段：(1)90度铺层中横向裂纹的萌生，(2)多个横向裂纹的演化，(3)横向裂纹尖端产生的分层的萌生和扩展，以及(4)纤维的破坏。特别是，我们成功地提出了一个新的有限元程序来更严格地描述90度铺设中横向裂纹的萌生。该程序包括以下特点：(1)实现了聚合物基体的弹塑性行为；(2)引入了粘结单元来物理理解横向裂纹的萌生和扩展；(3)引入了威布尔-威布尔模型来描述沿纤维长度的多纤维破坏。

项目成果

期刊论文数量（29）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

トランスバースクラックを有するCFRP直交積層板の引張強度

带有横向裂纹的CFRP正交层合板的拉伸强度

DOI：
发表时间：
2003
期刊：
日本複合材料学会誌 Vol.29 No.5
影响因子：
0
作者：
野田淳二;岡部朋永;武田展雄;清水真佐男
通讯作者：
清水真佐男

Characterization of tensile damage and strength in GFRP cross-ply laminates

DOI：
10.1016/j.msea.2004.05.060
发表时间：
2004-10-15
期刊：
MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING A-STRUCTURAL MATERIALS PROPERTIES MICROSTRUCTURE AND PROCESSING
影响因子：
6.4
作者：
Okabe, T;Sekine, H;Takeda, N
通讯作者：
Takeda, N

Experimental Characterization of Microscopic Damage Behavior in Carbon/Bismaleimide Composite---Effects of Temperature and Laminate Configuration

碳/双马来酰亚胺复合材料微观损伤行为的实验表征——温度和层压结构的影响

DOI：
发表时间：
2002
期刊：
Composites Part A Vol.33
影响因子：
0
作者：
S.Kobayashi;N.Takeda
通讯作者：
N.Takeda

荻原慎二, 石黒陽基, 武藤哲彦, 小林訓史, 武田展雄,小林昭: "熱サイクル負荷によるCFRPクロスプライ積層板のマトリックスクラック発生挙動の実験的評価"日本複合材料学会誌. Vol.28No.3. 93-102 (2002)

Shinji Ogiwara、Yoki Ishiguro、Tetsuhiko Muto、Noriji Kobayashi、Nobuo Takeda、Akira Kobayashi：“热循环载荷引起的 CFRP 正交层压板基体开裂行为的实验评估”日本复合材料学会杂志第 28 卷。 3 .93-102 (2002)