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

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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．