CFRPにおける繊維・マトリックス界面の力学的特性評価

CFRP 纤维基体界面的机械特性

• 批准号: 18760515
• 负责人: 岡部 朋永
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18760515/
• 关键词: 複合材料; 強度理論; 数値解析; CFRP; ドロップレット; FEM; 数値シミュレーション

単繊維複合材料による繊維・界面の評価結合力要素を組み込んだ有限要素解析を用い、SFCにおける微視的損傷を解析し、以下の結論を得た.繊維破断から発生する母材のき裂および界面の剥がれの発生・進展を解析した。剥がれの進展は、母材のき裂の進展によって大きく抑制される。従って、界面の剥がれは、母材のき裂を考慮して評価する必要がある。繊維破断部近傍の損傷形態に及ぼす母材の塑性変形の影響について調べた。界面の剥がれの進展は、母材の塑性変形によって遅延する。この結果から、弾性モデルを用いた解析方法は、実験結果を説明できる破壊靱性値を高く見積もるため、適切でないことが分かった。また、SFCにおける埋め込まれた繊維の破断過程に対するモンテカルロシミュレーションを行なった。界面の剥がれが繊維破断近傍の支配的な損傷である場合、破断数は飽和する。この場合、Huiらの理論モデルで繊維強度の推定が行える。一方、母材のき裂が繊維破断近傍で発生する場合、剥がれの発生は抑制され、破断数が飽和しない。この場合、本シミュレーション結果は、弾塑性シアラグモデルを用いたモンテカルロシミュレーション結果と良く一致することが示された。微視的モデルに基づく繊維強化複合材料の強度予測実験にて求めた構成材料の機械的性質・強度を基に、一方向CFRP複合材料の引張強度予測を行った。本予測手法を用いれば、構成材料(繊維・マトリックス)の特性をデータベース化しておくことで、設計に幅広く利用することができる。具体的には、ばね要素モデルの結果とサイズスケーリング手法を組み合わせて、一方向CFRP複合材料の引張強度の予測を行ったところ、概ね予測することができた。一方、通常のワイブル分布を用いた場合の予測結果は実験と比べ、極めて高い値となった。つまり、一方向CFRP複合材料の引張強度を予測する上で、合成ワイブルモデルは必要不可欠な考え方である。

単 繊 d composites に よ る の review 価 繊 d · interface binding force elements を group み 込 ん だ finite element analytic を い, SFC に お け る micro visual damage を parsing し, the following conclusion の を た. Youdaoplaceholder0 dimensional breakage ら development する base material <s:1> cracking および interface <s:1> peeling がれ development · progress を analysis た た. Peeling がれ <s:1> progress, base material <s:1> がれ cracking progress によって large く く inhibition される. Youdaoplaceholder0, interface <s:1> peeling がれ, base material <s:1> cracking を consider <s:1> て evaluation 価する necessary がある. The morphology of the parietal injury near the 繊 fracture site に and the <s:1> plastic deformation <e:1> of the ぼす base material affect the に,, て and て regulation べた. Interface <s:1> stripping がれ <s:1> progress, base material <s:1> plastic deformation によって遅 extension する. こ の results か ら, 弾 モ デ ル を with い は た analytic method, be 験 result を で き る broken 壊 靱 numerical を high く see product も る た め, appropriate で な い こ と が points か っ た. ま た, SFC に お け る buried め 込 ま れ た 繊 d の breaking process に す seaborne る モ ン テ カ ル ロ シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を line な っ た. The がれが繊 dimension of the interface is broken near the な damage である situation dominated by the <s:1>, and the number of breaks is がれが繊 saturated する. <s:1> <s:1> occasion, Huiら <s:1> theory モデ で繊 で繊 dimensional intensity <e:1> presumption が action える. On one side, the base material has a が繊 dimensional fracture near で where する occurs, the peeling がれ has a <s:1> inhibition され, and the number of fractures is が saturated and な な な. こ の occasions, this シ ミ ュ レ ー シ ョ ン results は, 弾 plastic シ ア ラ グ モ デ ル を with い た モ ン テ カ ル ロ シ ミ ュ レ ー シ ョ ン results agree good と く す る こ と が shown さ れ た. Micro visual モ デ ル に base づ く 繊 d strengthen の strength of composites can be be 験 に て o め の た constitute a material mechanical properties, strength of CFRP composites の を に, a direction line extension and strength can be を っ た. This be gimmick を い れ ば, constitute a material (繊 d マ ト リ ッ ク ス) の features を デ ー タ ベ ー ス change し て お く こ と で, design of に hiroo く using す る こ と が で き る. Specific に は, ば ね elements モ デ ル の results と サ イ ズ ス ケ ー リ ン グ gimmick を group み close わ せ て, intensity of CFRP composites の lead a direction の line to measure を っ た と こ ろ, almost ね be す る こ と が で き た. On one side, usually the <s:1> ワ ブ ブ ブ is distributed in the を application of <s:1> た. In this case, the <s:1> test results are experimentally と higher than the べ and extremely めて <s:1> values となった. つ ま り, intensity of CFRP composites の lead a direction を be す る で, synthetic ワ イ ブ ル モ デ ル は necessary not due to な exam え で あ る.

项目成果

Numerical simulation of interlaminar damage propagation in CFRP cross-ply laminates under transverse loading

• DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2006.09.007
• 发表时间: 2007-05
• 期刊: International Journal of Solids and Structures
• 影响因子: 3.6
• 作者: M. Nishikawa;T. Okabe;N. Takeda

結合力要素を用いた単繊維複合材料中の微視的損傷に関する有限要素解析

使用键力单元对单纤维复合材料微观损伤进行有限元分析

• 发表时间: 2007
• 期刊: 日本複合材料学会誌 33
• 作者: 西川 雅章;岡部 朋永;武田 展雄
• 通讯作者: 武田 展雄

一方向CFRP複合材料の引張強度予測

单向CFRP复合材料拉伸强度预测

• 发表时间: 2007
• 期刊: 日本複合材料学会誌 33
• 作者: M.Osada;M.Kakihana;H.Yasuoka;M.Kall;L.Borjesson;Yasushi Endo;Y.Endo;Y.Endo;I.Sasaki;佐藤 隆信;Yasushi Endo;岡部朋永
• 通讯作者: 岡部朋永