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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

基本信息

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

项目摘要

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 optimum interface design method and new regulations are indispensable for the creation of high performance reinforced composites. The representative of the research team is responsible for the development of the two-dimensional damage model for the Weishi app. In this study, quantitative determination of optimal interface was performed in parallel and at equal intervals in a row of 10-dimensional transparent resins. Field observation of internal damage was performed in Weishi app. 3-D finite element analysis, interface separation, quantitative analysis, detailed evaluation, line analysis, purpose analysis. The final results of the year are as follows: 1) Field observation results based on 3-D finite element analysis, control of interface properties, 2 types of composite materials, 2 interface separation properties, 3-D finite element analysis, 3-D finite element analysis, 3 dimensional finite element analysis, 3 As a result, the surface of the surface of the film is separated from the surface of the film, and the interface is broken. The property value is 0.4 times, and the interface friction force is 1/15. 2) Interface friction force is too high to be quantitatively evaluated by the friction coefficient at the interface. As a result, the interfacial friction force is 0.25 times higher than that of the surface separation treatment, and the friction coefficient of the interface separation is 0.4 times lower than that of the surface separation treatment. The internal separation of the material is observed by field observation and finite element analysis. The method is used to describe the quantitative strength of the interface separation.

项目成果

期刊论文数量（12）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

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

DOI：
发表时间：
2004
期刊：
Journal of Materials Research Vol.19 No.8
影响因子：
0
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)

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

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
影响因子：
0
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