熱力学的エントロピーの生成を損傷の指標としたＣＦＲＰの耐久性評価

使用热力学熵产生作为损伤指标评估 CFRP 的耐久性

• 批准号: 18J21099
• 负责人: 佐藤 光桜
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Tokyo University of Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J21099/
• 关键词: CFRP; 長期耐久性; 有限要素解析; 耐熱樹脂; 連続体損傷力学; 粘弾性

本研究では，①耐熱CFRPの炭素繊維-母材樹脂間の界面の力学特性取得，②母材樹脂の力学特性取得，③これらを加味したCFRPの有限要素数値シミュレーションの実施，④ ③の検証試験実施という4つのステップを通して耐熱CFRPの耐久性評価に直結する正確な寿命予測を行うことを目的とした．本年度は主に，“④ ③の検証試験実施”と上記ステップの総括として，数値シミュレーションによる耐熱CFRPの寿命予測が主な研究課題であった．特に，②で提案したエントロピー損傷を考慮した樹脂構成式のCFRPに対する適用可能性を検討することに注力した．一方向CFRPの有限要素解析モデルへ提案した理論モデルを導入した後，一定ひずみ保持後の引張破壊解析を実施し，この条件におけるCFRPの残存強度を予測した．これにより，従来では再現不可であった応力緩和状態での強度低下を予測することに成功した．ひずみの増分のみで損傷が蓄積する従来の損傷モデルを用いる場合，一定ひずみで保持する状態では損傷は進展しない．しかし実際には，高分子材料は時間依存の損傷の蓄積により，一定ひずみで保持した場合でも劣化し，その保持時間とともに残存強度が低下する．本スキームは，積層複合材料で発生する時間依存の横方向亀裂を議論するために必須である．さらに，数値解析と同様の条件にて実施する一方向CFRPの三点曲げ試験にて数値解析結果の妥当性を検証した．数値解析では，静的引張解析と，引張解析の途中で一定ひずみにて保持し，その後引張解析を再開した場合の2種類を実施した．一定ひずみで保持した場合の強度は，樹脂部分が劣化し，静的強度よりも低下した．さらに，耐熱CFRPに対して曲げ破断試験を実施したところ，数値解析結果と同様の傾向を示し，数値解析は残存強度を定性的に予測したことを示した．本成果は国内学会2件として報告した．

This study is aimed at: (1) obtaining the mechanical properties of the interface between carbon fiber and base resin of heat resistant CFRP;(2) obtaining the mechanical properties of base resin;(3) carrying out the finite element numerical value calculation of modified CFRP;(4) carrying out the correct life prediction of heat resistant CFRP. This year, the main research topic of "④ Test and Implementation" is the life prediction of heat-resistant CFRP. Special attention should be paid to the possibility of resin formation. The finite element analysis of CFRP in one direction is carried out after the theoretical analysis is introduced, and the residual strength of CFRP is predicted after the tension analysis is carried out under certain conditions. The strength of the force is low, and the strength of the force is low. When the damage is accumulated, the damage is maintained. In fact, polymer materials are subject to time-dependent damage accumulation, deterioration, retention time, and residual strength reduction under certain conditions. The development of laminated composite materials depends on the time and transverse direction of crack. In addition, the numerical analysis and the same conditions are applied to the three-point curve test of CFRP in one direction, and the correctness of the numerical analysis results is verified. Number of analysis, static tension analysis, tension analysis on the way to a certain degree of maintenance, after the tension analysis to re-open the case of two kinds of implementation. The strength of the resin part is deteriorated when the strength is kept constant. The results of numerical analysis and the tendency of numerical analysis to determine the residual strength of CFRP are shown below. This achievement is 2 pieces of report of domestic society.

项目成果

Lifetime Prediction of Viscoelastic Material Considering Entropy Damage and Non-linear Viscoelastic/plastic Constitutive Equation

考虑熵损伤和非线性粘弹/塑性本构方程的粘弹性材料寿命预测

• 发表时间: 2019
• 作者: Mio Sato;Jonathon Tanks;Jun Koyanagi
• 通讯作者: Jun Koyanagi

エントロピー損傷則を導入した非線形粘弾性構成式を用いた一方向耐熱CFRPの残存強度予測

结合熵损伤定律的非线性粘弹性本构方程预测单向耐热CFRP的残余强度

• 发表时间: 2020
• 作者: Sato Mio;Koyanagi Jun;Lu Xin;Kubota Yuki;Ishida Yuichi;Tay T.E.;濱口雄史;濵口雄史;佐藤光桜，長谷川航大，小柳潤，樋口諒，石田雄一;濵口雄史;濵口雄史;濵口雄史;佐藤光桜，長谷川航大，小柳潤，樋口諒，石田雄一
• 通讯作者: 佐藤光桜，長谷川航大，小柳潤，樋口諒，石田雄一

Numerical Modeling for Time and Temperature Dependence on Flexural Strength of Polyimide CFRP

聚酰亚胺 CFRP 弯曲强度随时间和温度变化的数值模拟

• 发表时间: 2018
• 作者: Sakie Shirai;Mio Sato;Jun Koyanagi;Yuichi Ishida
• 通讯作者: Yuichi Ishida

ポリイミド基複合材料の曲げ強度における温度・ひずみ速度依存性評価

聚酰亚胺基复合材料弯曲强度的温度和应变速率依赖性评价

• 发表时间: 2018
• 作者: Mio Sato;Sakie Shirai;Jun Koyanagi;Yuichi Ishida;佐藤光桜，白井咲衣，小柳潤，石田雄一
• 通讯作者: 佐藤光桜，白井咲衣，小柳潤，石田雄一

エントロピー損傷を考慮した非線形粘弾粘塑性構成式による一方向CFRPの寿命予測シミュレーション

考虑熵损伤的非线性粘弹粘塑性本构方程单向CFRP寿命预测模拟

• 发表时间: 2020
• 作者: Sato Mio;Koyanagi Jun;Lu Xin;Kubota Yuki;Ishida Yuichi;Tay T.E.;濱口雄史;濵口雄史;佐藤光桜，長谷川航大，小柳潤，樋口諒，石田雄一
• 通讯作者: 佐藤光桜，長谷川航大，小柳潤，樋口諒，石田雄一