ミクロ界面挙動を考慮したＣＦＲＰ積層板の３次元非弾性・損傷解析手法の開発と実証

本研究の目的は，CFRP積層板の繊維／樹脂接着面やラミナ同士の接着面（層間），あるいは端部（フリーエッジ）といったミクロ界面における損傷挙動を3次元的に解析可能な理論・手法を構築し，CFRP構造部材の高精度設計・評価技術の確立に資することにある．このため，報告者が取り組んできた均質化法に基づくミクロ界面解析手法に，損傷判定則としてHoffman則を導入した．提案手法では，損傷判定により損傷と判定された要素の弾性係数を1/100とすることで，擬似的に損傷を再現した．提案手法を用いて，繊維軸直交方向引張負荷を受ける端部を有する一方向CFRPの損傷進展解析を実施し，無限体を仮定したモデルとの比較解析を行った．その結果，端部を有することで初期損傷が発生する際のマクロ応力・ひずみが共に低下することが示され，初期損傷が発生した際の端部近傍のミクロ損傷分布より，引張負荷方向ミクロ応力によって，繊維／樹脂接着面で急激に損傷が発生・進展することが確認された．以上の結果より，本研究で提案したミクロ界面挙動を考慮した損傷解析手法を用いることで，CFRP積層板の界面で発生するミクロ損傷挙動を3次元的に解析可能であることが示された．加えて，実験結果との比較解析で使用するCFRP積層板の材料定数を取得するため，一方向CFRP（東レ・T700SC/#2592）の静的引張試験を実施した．さらに，実験結果を基に同定した材料定数を用いて一方向CFRPの弾-粘塑性解析を行った結果，これらの材料定数は，CFRP積層板の力学挙動を粘塑性域まで含めて精度良く再現可能であることが示された．今後は，これらの材料定数を用いて上記の損傷解析を実施し，実験結果と解析結果の比較・検討を行う．

本研究の目的は，CFRP積層板の繊維／樹脂接着面やラミナ同士の接着面（層間），あるいは端部（フリーエッジ）といったミクロ界面における損傷挙動を3次元的に解析可能な理論・手法を構築し，CFRP構造部材の高精度設計・評価技術の確立に資することにある．このため，報告者が取り組んできた均質化法に基づくミクロ界面解析手法に，損傷判定則としてHoffman則を導入した．提案手法では，損傷判定により損傷と判定された要素の弾性係数を1/100とすることで，擬似的に損傷を再現した．提案手法を用いて，繊維軸直交方向引張負荷を受ける端部を有する一方向CFRPの損傷進展解析を実施し，無限体を仮定したモデルとの比較解析を行った．その結果，端部を有することで初期損傷が発生する際のマクロ応力・ひずみが共に低下することが示され，初期損傷が発生した際の端部近傍のミクロ損傷分布より，引張負荷方向ミクロ応力によって，繊維／樹脂接着面で急激に損傷が発生・進展することが確認された．以上の結果より，本研究で提案したミクロ界面挙動を考慮した損傷解析手法を用いることで，CFRP積層板の界面で発生するミクロ損傷挙動を3次元的に解析可能であることが示された．加えて，実験結果との比較解析で使用するCFRP積層板の材料定数を取得するため，一方向CFRP（東レ・T700SC/#2592）の静的引張試験を実施した．さらに，実験結果を基に同定した材料定数を用いて一方向CFRPの弾-粘塑性解析を行った結果，これらの材料定数は，CFRP積層板の力学挙動を粘塑性域まで含めて精度良く再現可能であることが示された．今後は，これらの材料定数を用いて上記の損傷解析を実施し，実験結果と解析結果の比較・検討を行う．