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

考虑微界面行为的 CFRP 层压板三维非弹性/损伤分析方法的开发和演示

• 批准号: 14J02028
• 负责人: 後藤 圭太
• 金额: $ 0.64万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J02028/
• 关键词: CFRP; 均質化理論; マルチスケール; 有限要素法; 損傷解析; 界面

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．

The purpose of this study is to analyze the damage of CFRP laminates at the interface of CFRP laminates and CFRP laminates in three dimensions. Homogenization method is used to analyze the basic interface, and Hoffman is used to determine the damage. The proposed method is to determine the damage and determine the coefficient of damage of the elements 1/100. The proposed method is applied to analyze the damage progress of CFRP in one direction when the tensile load is applied in the orthogonal direction of the axial direction. As a result, the initial damage at the end of the joint was identified by the initial damage distribution near the end of the joint. The initial damage was identified by the stress distribution near the end of the joint. The above results show that the interface damage analysis method can be used to analyze the interface damage of CFRP laminates. In addition, the comparative analysis of the results shows that the static tension test of CFRP (T700SC/#2592) in one direction is carried out. The results are based on the same material determination method and the results of viscoplastic analysis of CFRP laminates in one direction. In the future, the number of materials used in the determination of damage analysis is recorded, and the results are compared with the analysis results.

项目成果

Fully-Modeled Unit Cell Analysis for Macro/Micro Elastic-Viscoplastic Behavior of Quasi-Isotropic CFRP Laminates

准各向同性 CFRP 层压板宏观/微观弹粘塑性行为的全模型晶胞分析

• 发表时间: 2015
• 期刊: Key Engineering Materials
• 作者: K. Goto;T. Matsuda;N. Kubota
• 通讯作者: N. Kubota

アングルプライCFRP積層板の弾-粘塑性挙動における負のポアソン比（均質化理論に基づく解析）

角铺CFRP层合板弹粘塑性行为中的负泊松比（基于均质化理论的分析）

• 发表时间: 2014
• 作者: T. Matsuda;K. Goto;N. Ohno;松田哲也;大出航平，松田哲也，後藤圭太;後藤圭太，松田哲也，大野信忠;豊村仁，松田哲也，大出航平，荒井政大;岩下結城，松田哲也，大出航平;豊村仁，松田哲也，大出航平;岩下結城，松田哲也，大出航平;後藤圭太，松田哲也，大野信忠
• 通讯作者: 後藤圭太，松田哲也，大野信忠

平織積層板のマクロ／メゾ／ミクロ非弾性解析手法の開発と実験的評価

平纹层压板宏观/细观/微观非弹性分析方法的开发和实验评估

• 发表时间: 2014
• 作者: T. Matsuda;K. Goto;N. Ohno;松田哲也;大出航平，松田哲也，後藤圭太
• 通讯作者: 大出航平，松田哲也，後藤圭太

Negative Poisson's Ratio of Elastic-Viscoplastic Angle-Ply CFRP Laminates: Homogenization Analysis

弹粘塑性角层 CFRP 层压板的负泊松比：均质化分析

• 发表时间: 2015
• 作者: T. Matsuda;K. Goto;N. Ohno
• 通讯作者: N. Ohno

Effects of Fiber Arrangement on Negative Poisson's Ratio of Angle-Ply CFRP Laminates: Analysis Based on a Homogenization Theory

纤维排列对角铺CFRP层合板负泊松比的影响：基于均质化理论的分析

• DOI: 10.1007/978-3-319-19440-0_10
• 发表时间: 2015
• 期刊: Advanced Structured Materials
• 作者: T. Matsuda;K. Goto;N. Ohno
• 通讯作者: N. Ohno