高分子系複合材料システムの極低温強度特性解明とピエゾモニタリングによる長寿命化

使用压电监测阐明聚合物复合材料系统的低温强度特性和更长的使用寿命

• 批准号: 10J04782
• 负责人: 三浦 正哉
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J04782/
• 关键词: メゾ材料力学; 有限要素解析; 材料試験; 高分子系複合材料; 破壊; 疲労; 極低温デバイス; ピエゾモニタリング

本研究は,極低温デバイス用に開発された先端織物繊維強化プラスチック(FRP)積層材料に注目し,極低温強度特性を理論・実験両面から解明するもので,高分子系複合材料システムにおける設計法および信頼性・耐久性評価法の開発指針を提案することを目的としている.また,上記理論的・実験的研究を基に,ピエゾフィルム・ファイバの損傷予知・抑制機能を利用して極低温用高分子系複合材料システムの長寿命化を図ることも目的の1つである.得られた成果を要約すると以下の通りである.1.(1)織物ガラス繊維強化プラスチック(GFRP)積層材料を取り上げ,8点曲げ平板(8PBP)および6点曲げ平板(6PBP)試験片の層間はく離破壊試験を室温・液体窒素温度(77K)・液体ヘリウム温度(4K)で行い,三次元有限要素解析を併用して,混合モードI/IIIおよびII/III層間破壊靱性を解明・考察した.また,走査型電子顕微鏡(SEM)による破面観察を行い,破壊形態についても検討を加えた.(2)織物GFRP積層材料の8PBPおよび6PBP試験片による極低温層間はく離疲労き裂進展試験・三次元有限要素解析・破面観察を行い,混合モードI/IIIおよびII/III層間はく離き裂進展速度とエネルギー解放率範囲の関係,疲労破壊形態を解明・考察した.2.チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系圧電アクチュエータを織物GFRP積層材料の双片持ちはり(DCB)試験片表面に接着し,77K下で電場を負荷して,モードI一定荷重による荷重点変位を測定した.また,織物GFRP積層材料・PZTの物性値温度依存性を考慮して三次元有限要素解析を行い,荷重点変位を求めて,実験結果と比較・検討した.さらに,モードIエネルギー解放率の電場・温度依存性を解明し,極低温層間はく離制御可能性について考察した.

This study focuses on the development of ultra-low temperature applications for fiber reinforced polymer (FRP) laminates. The theoretical and practical aspects of ultra-low temperature strength characteristics are discussed. The design method, reliability and durability evaluation method for polymer composites are proposed. The purpose of this research is to provide a basis for damage prediction and inhibition of polymer composites for cryogenic applications. The following is a summary of the results obtained. (1)The interlaminar separation test of 8-point curved flat plate (8PBP) and 6-point curved flat plate (6 PBP) test sheets was carried out at room temperature, liquid temperature (77K), liquid temperature (4 K), three-dimensional finite element analysis, mixed I/III and II/III interlayer separation. The scanning electron microscope (SEM) is used to detect the surface of the object, and to detect the morphology of the object. (2)Fabric GFRP laminated material 8PBP and 6 PBP test pieces for extremely low temperature interlayer separation fatigue crack progress test·three-dimensional finite element analysis·crack surface observation, mixed I/III and II/III interlayer separation fatigue crack progress speed and production rate range relationship, 2. Lead zirconate (PZT) is a kind of piezoelectric material, and the two sheets of GFRP laminate material are bonded to the surface of the test piece. The electric field load is measured at 77K, and the stress point of the load is measured under certain load. The temperature dependence of the physical properties of GFRP laminates PZT is considered. The three-dimensional finite element analysis is carried out. In addition, the electric field and temperature dependence of the release rate of the gas phase in the atmosphere were investigated, and the possibility of interlayer separation control at extremely low temperatures was investigated.

项目成果

Cryogenic delamination growth in woven glass/epoxy composite laminates under mixed-mode I/II fatigue loading

• DOI: 10.1016/j.compscitech.2011.01.006
• 发表时间: 2011-03
• 期刊: Composites Science and Technology
• 影响因子: 9.1
• 作者: Y. Shindo;Masaya Miura;T. Takeda;N. Saito;F. Narita

モードI負荷を受ける織物複合材料の層間はく離ピエゾ制御

I 型负载下纺织复合材料分层的压电控制

• 发表时间: 2012
• 作者: T.Okaze;A.Mochida;Y.Tominaga;Y.Ito;H.Yoshino;Yasuhide Shindo;Masaya Miura;Masaya Miura;Masaya Miura;Yasuhide Shindo;Masaya Miura;Yasuhide Shindo;Masaya Miura;渡邉俊二
• 通讯作者: 渡邉俊二

Progressive Damage Response of Hybrid Composite Laminates under Three-point Short Beam Shear Loading at Cryogenic Temperatures

低温三点短梁剪切载荷下混合复合材料层压板的渐进损伤响应

• 发表时间: 2010
• 作者: T.Okaze;A.Mochida;Y.Tominaga;Y.Ito;H.Yoshino;Yasuhide Shindo;Masaya Miura;Masaya Miura;Masaya Miura;Yasuhide Shindo;Masaya Miura;Yasuhide Shindo;Masaya Miura;渡邉俊二;三浦正哉;Masaya Miura
• 通讯作者: Masaya Miura

極低温における織物ガラス-エポキシ積層材料の混合モードI/IIはく離疲労き裂進展

低温下玻璃纤维环氧层压板的混合型 I/II 剥离疲劳裂纹扩展

• 发表时间: 2011
• 作者: T.Okaze;A.Mochida;Y.Tominaga;Y.Ito;H.Yoshino;Yasuhide Shindo;Masaya Miura;Masaya Miura;Masaya Miura;Yasuhide Shindo;Masaya Miura;Yasuhide Shindo;Masaya Miura;渡邉俊二;三浦正哉
• 通讯作者: 三浦正哉

ハイブリッド積層材料の極低温層間せん断強度特性に及ぼす損傷の影響

损伤对混合层合材料低温层间剪切强度性能的影响

• 发表时间: 2010
• 作者: T.Okaze;A.Mochida;Y.Tominaga;Y.Ito;H.Yoshino;Yasuhide Shindo;Masaya Miura;Masaya Miura;Masaya Miura;Yasuhide Shindo;Masaya Miura;Yasuhide Shindo;Masaya Miura;渡邉俊二;三浦正哉;Masaya Miura;Masaya Miura;三浦正哉
• 通讯作者: 三浦正哉