Experimental study of compression strength after edge impact on CFRP laminates
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22K04538
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 24010:Aerospace engineering-related
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| Research Institution | Meiji University |
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Principal Investigator |
岩堀 豊 明治大学, 理工学部, 専任教授 (50358636)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | CFRP / 衝撃損傷 / 残存圧縮強度 / 端部破壊 |
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| Outline of Research at the Start |
機体構造等へのCFRPスキンストリンガ構造適用増加に伴い、CFRP積層板端部が露出したまま使用される機会が増えている。このストリンガ等のCFRP板端部に損傷を受けた場合の残存圧縮（CAEI：Compression After Edge-on Impact）強度は激的に低下することが指摘されている。本研究では，CFRP積層板端部への衝撃付与側の条件に対するCAEI強度低下のメカニズムを解明するため，衝撃付与側の条件とCFRP積層板側の損傷発生状態との関係を明らかにするとともに、その損傷状態と残存強度（CAEI強度）との関係性を実験と構造解析によって明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
航空機構造への炭素繊維強化プラスチック（CFRP）適用が増加する中、CFRP積層板を用いたスキンストリンガ構造端部に外部から物体が衝突しストリンガ内部損傷が発生した場合の残存圧縮 (CAEI) 強度低下が航空機構造設計の課題となっている．CAEIに関するに関する強度低下のメカニズムについての論文は存在するものの，その解明は十分ではない．
今期は、このCAEI強度低下についてのメカニズム解明を進めるため，これまでの研究を基に衝撃付与装置の落錘位置の精度向上のための改修（治具追加）を行い確認するとともに，CAEI強度の低下について衝撃付与側のエネルギ量条件と、衝撃を受けるCFRP積層板の板厚、積層配向等の条件をパラメータとして衝撃付与試験及び衝撃試験後のCFRP積層板の損傷状態の観察とその評価を進めた．
積層数の異なる板厚4種及び切り出し方向の異なるCFRP積層板試験片を製作するとともに，インパクト位置の精度確認，エネルギ付与時のエネルギ吸収量の計測，衝撃付与後の損傷状態の観察及び剥離の計測，超音波探傷による積層板内部の損傷形状，面積の計測を行い，各衝撃付与パラメータ及びCFRP積層板のパラメータが内部損傷へ与える影響の解明を進めた。
衝撃エネルギ及びCFRP積層板板厚をパラメータとした試験結果から，CFRP積層板端部に衝撃を付与した場合の各パラメータにけるCFRP積層板内部損傷の傾向が明らかになった．特に，ある衝撃付与条件では，内部損傷が急激に拡大する場合があり，新たな課題も明らかとなった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
落錘衝撃試験機（インパクタ）を改造（治具追加）し，CFRP板厚の中心（ほぼ±0.5 ㎜以内）に衝撃付与できることを確認した．この改造によって，端部衝撃位置としてはほぼ一定に衝撃付与できるようになった．改造後，４種板厚及び切り出し方向の異なるCFRP積層板（T800/3900-2B Toray製 24 ply，32 ply，48 ply，56 ply）について，衝撃エネルギを10 J，20 J，30 Jと変化させ衝撃を付与した．衝撃付与後についてのCFRP積層板について，衝撃付与部分の観察，板厚増加率（衝撃後板厚/元の板厚）とパラメータとの関係，超音波探傷による損傷部面積を計測した．
今期は主に損傷付与を中心に行い，衝撃後の板厚増加率については，付与エネルギや板厚に反比例的に少なくなる傾向があることが明らかとなった．また，形状については半楕円形状となり，CFRP板厚とエネルギ増加によって損傷面積増加の傾向が異なることが分かった．特にエネルギ量が30 Jで板厚が大きい場合，損傷面積が急激に増加する（剥離が大きくなる）現象が確認された．
以上からCFRP積層板の配向による衝撃後の損傷状態（端部板厚増加，損傷形状，損傷面積）への影響は少ないこと．エネルギ付与量と損傷面積の増加量はほぼ線形的に増加する傾向にあるが，板厚や特定のエネルギに対して大きな損傷が発生するケースがあること等が明らかとなった．
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| Strategy for Future Research Activity |
エネルギ付与量と損傷面積の増加量のデータを取得した結果，板厚が大きく特定のエネルギに対して，非線形的に損傷が拡大するケースがあり，損傷面積の急増はその後の圧縮強度にも大きく影響してくると考えられるため，この損傷面積の急増が発生する原因を調べていく．また，φ16 ㎜のストライカ（CAI試験と同じもの）による，CFRP積層板端部へ衝撃後の大まかな損傷の傾向は把握できたが，ストライカが接触してからの剥離の進展の様子を把握し，エネルギと各層間の破壊との関係を詳細に調べていく．
また，インパクタ先端形状による損傷形状の違い把握．また，その残存強度取得．並行して，シミュレーションによるインパクト後の剥離進展解析及び強度推定を行う予定である．
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Report
(1 results)
Research Products
(3 results)
