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

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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.