メゾメカニクスシミュレーションによる繊維強化複合材料の最適界面設計法の開発

利用细观力学模拟开发纤维增强复合材料最优界面设计方法

• 批准号: 15760060
• 负责人: 田中 基嗣
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15760060/
• 关键词: 繊維強化複合材料; モデル複合材料; 微視的破壊過程; その場観察; 界面はく離; マトリックスき裂; 界面摩擦応力; 最適界面設計法

界面の最適設計法の確立は,新規高性能繊維強化複合材料の創製に不可欠である.研究代表者らは,これまでに,繊維破断・マトリックスき裂・界面はく離などの微視的損傷およびこれらの間の力学的相互作用をメゾメカニクスに基づいて定性的に記述できる2次元破壊シミュレーション法(シェアラグ-モンテカルロシミュレーション法)を開発してきた.本研究では,最適界面の定量的な決定を実現するために,平行かつ等間隔に一列配置したボロン繊維10本と透明なエポキシ樹脂を用いて,内部損傷のその場観察が可能な界面状態の異なる2種類のモデル繊維強化複合材料を作製し,実際の材料内部の微視的かつ複雑な損傷過程を詳細にその場観察する.また,3次元有限要素解析を行い,界面はく離挙動について定量的かつ詳細な評価を行うことを目的とした.最終年度の成果は以下のように要約される.1)その場観察結果を基に,3次元有限要素解析を行い,界面特性を制御した2種類のモデル複合材料における見かけのモードII界面はく離じん性値を求め,これを真のモードII界面破壊じん性値と界面摩擦応力による仕事に分離して定量評価した.その結果,繊維表面の離型処理により,真のモードII界面破壊じん性値は0.4倍,界面摩擦応力による仕事は1/15に小さくなったことが明らかとなった.また,モードI界面破壊じん性値についても定量的に評価した結果,繊維表面の離型処理を施してもほぼ一定値となることが明らかとなった.2)界面摩擦応力およびはく離界面での摩擦係数についても定量評価した.その結果,繊維表面の離型処理により,界面摩擦応力は0.25倍,はく離界面での摩擦係数は0.4倍に低下したことが明らかとなった.3)以上より,材料内部のはく離挙動のその場観察と有限要素解析を組み合わせた本手法が,界面はく離挙動の定量的な記述の強力なツールとなることが示された.

The establishment of the optimal design method for the interface and the creation of new high-performance one-dimensional reinforced composite materials are indispensable. Research representative Yuki, Kazuyaに, 繊dimensional break・マトリックスき crack・interface separationなどのMicroscopic damageおよびこれらの间のMechanical interactionをメゾメカニクスに本づいて Qualitative description of できる2-dimensional destruction シMiracle methodーション method) を开発してきた. In this study, the optimal interface is quantitatively determined, and the optimal interface is now present, and parallel is equally spaced in a row. Configuration of the original 10-dimensional transparent resin resin, internal damage is possible, and the interface status is different. Production of 2 types of dimensional reinforced composite materials, detailed on-site inspection of the damage process inside the material using a microscopic viewする.また, 3-dimensional finite element analysis を行い, interface はく出猙动についてquantitativeかつdetailedなvaluation価を行うことをpurposeとした. The results of the final year are as follows: のように Offer: される.1) Field observation results をbase に, 3D finite element analysis を行い, boundary Surface propertiesをControlした2 typesのモデルComposite materialにおける见かけのモードIIInterfaceはくleaveじん性値をquestめ,これを真のモードII interface destructive property value and interface friction force によるclerical affairs に separation し て quantitative evaluation 価 し た.その results, 繊dimensional surface separation Type processing is done, true のモードII interface breaking property is 0.4 times, interface friction force is 1/15 small さくなったことが明らかとなった.また, モードI interface break 壊じん性についてもquantitative にvaluation価した results, 繊dimensional surface のdeviation The type of treatment is a certain value. The friction coefficient of the interface is the friction coefficient of the interface. The results of the quantitative evaluation of the についても, the separation treatment of the 1-dimensional surface, the interface friction force は0.25 times, the separation of the interface The friction coefficient is 0.4 times lower than the original one. The friction coefficient is lower than 0.4 times. Finite element analysis is a set of techniques, and the interface is a quantitative description of the force of the combination.

项目成果

Improvement of Young's modulus and tensile strength of polymer impregnation and pyrolysis processed SiC/SiC composite by improved continuity of matrix

通过改善基体的连续性来提高聚合物浸渍和热解加工的 SiC/SiC 复合材料的杨氏模量和拉伸强度

• 发表时间: 2004
• 期刊: Journal of Materials Research Vol.19 No.8
• 作者: Mototsugu TANAKA;Thomas HOBBIERUNKEN;Shojiro OCHIAI;Shojiro OCHIAI
• 通讯作者: Shojiro OCHIAI

Shojiro Ochiai: "Residual Strength of PIP-processed SiC/SiC Single-tow Minicomposite Exposed at High Ttemperatures in Air as a Function of Exposure Temperature and Time"Composites Part A. Vol.35 Issue 1. 41-50 (2004)

Shojiro Ochiai：“暴露在空气中高温下的 PIP 处理的 SiC/SiC 单丝束微型复合材料的残余强度作为暴露温度和时间的函数”复合材料 A 部分。第 35 卷第 1. 41-50 期 (2004)

Thermomechanical analysis of micromechanical formation of residual stresses and initial matrix failure in CFRP

• DOI: 10.1299/jsmea.47.349
• 发表时间: 2004-07-01
• 期刊: JSME INTERNATIONAL JOURNAL SERIES A-SOLID MECHANICS AND MATERIAL ENGINEERING
• 作者: Hobbiebrunken, T;Hojo, M;Schulte, K
• 通讯作者: Schulte, K

Nondimensional Simulation of Tensile Behavior of UD Microcomposite under Energy Release Rate- and Shear Stress- Criteria for Interfacial Debonding

界面脱粘能量释放率和剪切应力标准下 UD 微复合材料拉伸行为的无量纲模拟

• 发表时间: 2004
• 期刊: Composite Interfaces Vol.11, No.2
• 作者: Ochiai;S.;Hojo;M.;Tanaka;M.;Okuda;H.;Schulte;K.;Fiedler;B.
• 通讯作者: B.

Investigation of Mechanical Behavior of Copper in Nb_3Sn Superconducting Composite Wire

Nb_3Sn超导复合丝中铜的力学行为研究

• 发表时间: 2004
• 期刊: Physica C 412-414
• 作者: M.Hojo;M.Tanaka;S.Ochiai他4名
• 通讯作者: S.Ochiai他4名