| Project/Area Number |
21K14415
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 26030:Composite materials and interfaces-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
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| Keywords | マルチスケールモデリング / CFRP / 分子動力学法 / 散逸粒子動力学法 / 有限要素法 / 量子化学計算 / GRRM / 熱硬化性樹脂 / マルチスケール |
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| Outline of Research at the Start |
CFRPは一般に母材となる熱硬化性樹脂を剛直な炭素繊維で強化することで高い比強度を生んでおり、その靭性・長期耐久性は母材樹脂に強く依存する。本研究では粗視化手法である散逸粒子動力学法（DPD）を用いて、熱硬化性樹脂の架橋反応をモデル化し、メゾケール架橋構造形成シミュレーションを行う。母材樹脂における架橋構造の不均一性のようなメゾスケール構造を再現し、有限要素法（FEM）によるマクロ解析へと接続することでより高精度なCFRPの物性・特性予測を可能とする。
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| Outline of Final Research Achievements |
In this study, we developed a multi-scale modeling to predict the residual deformation and strength of carbon fiber-reinforced plastic with thermoset resin by linking various numerical approaches such as quantum chemical calculations, molecular dynamics simulations, dissipative particle dynamics, and finite element methods. This method allows the prediction of various behaviors of composite laminates starting from the molecular structure of the resin, while taking into account the hierarchical properties of composite materials from the atomic/molecular scale to the laminate scale.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
炭素繊維強化複合材料はその高い比剛性，比強度から軽量化が求められる航空機などの構造部材としての利用が拡大している．一方で，その変形・破壊のメカニズムは従来の金属材料に比べてはるかに複雑なものになっている．本研究ではさまざまなスケールの解析手法を連携することで，複合材料開発の出発点である樹脂の分子設計から複合材料のマクロな変形・破壊までをモデリング可能な手法を構築した．これによって分子設計の段階から複合材料の多くの特性が予測可能となり，材料開発のスクリーニングやコスト・時間削減に貢献できる．
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