極低温用高分子材料システムの破壊・疲労機構解明とメゾ構造・界面制御に関する研究

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本研究は,極低温用高分子材料システムの設計法及び信頼性・耐久性評価法を開発することを目的に,異スケール間の相互干渉を考慮したメゾメカニックスに基づいて,極低温における高分子材料システムの破壊・疲労特性を理論・実験両面から解明するものである.前年度は,極低温用高分子材料システムにおけるき裂の熱弾性挙動や層間はく離破壊・疲労き裂進展挙動に注目し,理論的・実験的研究を行った.本年度は,前年度までの検討結果を踏まえ,新たな解析・実験を行った.得られた成果を要約すると以下の通りである.1.(1)内部・縁き裂を有する多層五本朱子織炭素繊維強化プラスチック(CFRP)積層材料の極低温引張問題を取り上げ,冷却残留熱応力を考慮した有限要素解析を高精度の特異要素を組み込んで行い,応力拡大係数を明らかにした.また,破断層き裂の特異挙動についても同様に考察を加えた.(2)擬似等方性五本朱子織CFRP積層材料の極低温引張問題に関する有限要素解析を行い,応力拡大係数に及ぼす積層構成・織構造の影響を解明した.(3)き裂を有する五本朱子織CFRP積層材料の三次元有限要素解析を行い,縦弾性係数及びき裂先端近傍応力に及ぼす残留熱応力・積層数の影響を明らかにした.2.円孔を有する平織ガラス繊維強化プラスチック(GFRP)・五本朱子織CFRP積層林料の極低温引張試験及び有限要素解析を行い,極低温引張試験中における試験片取り付け部でのすべりを防止して,極低温引張挙動解明に成功した.また,円孔近傍の損傷を考慮して引張強さを評価し,有孔試験片による新しい極低温引張強さ評価法を提案した.