Development and Validation of Strength Analysis Method Explicitly Linked to Macro, Meso and Micro Scales for Woven Composites

与编织复合材料的宏观、细观和微观尺度显式关联的强度分析方法的开发和验证

• 批准号: 17J00708
• 负责人: 久保 凱
• 金额: $ 1.6万
• 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: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J00708/
• 关键词: 織物複合材料; マルチスケール解析; 均質化法; 非弾性; 熱残留応力・ひずみ; 強度; 損傷

本研究は、織物複合材料の設計・評価技術のさらなる高度化に資するために、織物複合材料のマクロ（積層板）／メゾ（織構造）／ミクロ構造（繊維と母材）において相互に連成可能な理論・解析手法を構築し、その解析コードを開発することを目的としており，またその開発手法の定量的な妥当性確認も行った。令和元年度で行った内容としては，主に以下の２つである．まず，妥当性確認のために，VaRTM成形した平織GFRP複合材料およびオートクレーブ成形した炭素繊維／エポキシ綾織複合材料をJIS K7165に準拠したジオメトリで切り出し，試験片を作成した．これら試験片に対して，一定ひずみ速度の下，室温環境下（298K）で引張試験を実施した．次に試験片の断面観察より，実験との比較解析で用いる有限要素モデルを作成した．その後，実験で得られた種々の織物複合材料の応力-ひずみ関係と，この実験結果を基に同定した材料定数を用いた解析結果を比較したところ，構成材料や内部構造，織構造の種類にかかわらず，織物複合材料のマクロ非弾性挙動を従来手法よりも精度良く予測可能であることが示された．次に，成形時の温度変化によって発生した熱残留応力およびひずみが，温度変化および外力を与えず保持した場合にどのように変化するか調査するために， T = 353.5Kから室温（T = 299K）まで温度を下げて，その後24h保持する解析を実施した．なお保持時間は，エポキシ樹脂の一般的な硬化時間を参考にした．この解析結果より，マクロ熱残留ひずみは保持開始直後には若干減少するが，その後減少速度は小さくなり，24hの温度保持後のひずみ量は非常に小さいことがわかった．また一方で，メゾ熱残留応力は，温度保持によって，その分布性状や値にあまり変化は生じないことが明らかになった．

This study aims to improve the design and evaluation technology of fabric composite materials, and to confirm the quantitative appropriateness of the development method of fabric composite materials in terms of the theory and analysis method of the possibility of interconnection in the laminate/fabric structure/matrix structure. The content of the annual line of the order and the yuan is, the main line is the following 2. In order to confirm the suitability, the RTM forming process of plain woven GFRP composite material is carried out according to JIS K7165. For this test piece, the tension test is carried out at room temperature (298K) at a certain speed. The section of the test piece is observed, and the comparative analysis of the test piece is made with finite elements. After that, the strength of the fabric composite material is obtained, and the results of the analysis are compared with the results of the internal structure of the fabric composite material, and the accuracy of the measurement is good. In the second step, the temperature change during molding is generated, the residual heat is generated, the temperature change is generated, and the external force is maintained. In the second step, the temperature change is investigated. T = 353.5K is maintained at room temperature (T = 299K), and the temperature is maintained for 24 hours. The retention time of the resin is usually referred to as the curing time. The analysis results show that the residual heat is reduced after the temperature is maintained for 24 h, and the residual heat is reduced after 24h. The temperature of the residual heat is maintained.

项目成果

非弾性ツースケール解析手法の汎用有限要素解析ソフトウェアへの導入と検証

非弹性二尺度分析方法在通用有限元分析软件中的介绍与验证

• 发表时间: 2019
• 作者: G. Kubo;T. Matsuda;三浦尚貴，栗田大和，久保 凱，松田哲也
• 通讯作者: 三浦尚貴，栗田大和，久保 凱，松田哲也

トリプルスケール均質化法を用いた平織GFRP積層板の温度依存弾-粘塑性特性評価

使用三尺度均化法评估平织 GFRP 层压板的温度依赖性弹粘塑性特性

• 发表时间: 2018
• 作者: 手塚惇平，長岡央磨，久保凱，松田哲也，後藤圭太，荒井政大;田村 陽平，榊間 大輝， 高本 聡，波田野 明日可，泉 聡志;鈴木真，薄井洋行，道見康弘，坂口裕樹;手塚惇平，長岡央磨，久保凱，松田哲也，後藤圭太，荒井政大
• 通讯作者: 手塚惇平，長岡央磨，久保凱，松田哲也，後藤圭太，荒井政大

Multiscale Analysis of Damage Development and Strength for Various woven Composites with Laminate Misalignment

具有层压错位的各种编织复合材料的损伤发展和强度的多尺度分析

• 发表时间: 2017
• 作者: G. Kubo;T. Matsuda
• 通讯作者: T. Matsuda

Elasto-viscoplastic analysis for negative through-the-thickness Poisson’s ratio of woven laminate composites based on homogenization theory

• DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2017.11.045
• 发表时间: 2017-12
• 期刊: International Journal of Mechanical Sciences
• 影响因子: 7.3
• 作者: K. Goto;M. Arai;T. Matsuda;Gai Kubo

Development and Validation of Multiscale Thermo-Elasto-Viscoplastic Analysis Method for Plain-Woven Composites

• DOI: 10.4028/www.scientific.net/kem.794.78
• 发表时间: 2019-02
• 期刊: Key Engineering Materials
• 作者: Gai Kubo;T. Matsuda;H. Nagaoka;Yoshihiko Sato