ホログラフィ干渉法による複合材料積層板変形の精密計測と層間応力の理論解析

1990 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 01420019
• Research Institution: University of Tokyo
• Principal Investigator: 近藤 恭平 東京大学, 工学部, 教授 (20011190)
• Keywords: 複合材料 / 積層板 / 層間応力 / 層間剥離 / 自由縁 / ホログラフィ干渉法 / 二重露光法 / 有限要素法

Research Abstract

炭素繊維などの長繊維で強化された複合材料は、異方性が強いために、配向の異なる一方向強化材を重ね合わせた積層板の形で用いられる。この積層板に面内荷重が作用すると、各層の弾性係数の大きな差異により、大きな層間応力が自由縁に発生し、層間剥離が起こり積層板の破壊の原因となる。その層間応力に起因する積層板の自由縁における変形をホログラフィ二重露光法によって精密計測し、有限要素法などの理論解析の結果と比較するのが本研究の目的である。昨年度は、複合材料積層片持平板の変形を計測したが、剪断力による変形が大きく層間応力による変形を明確にすることができなかったので、今年度は、剪断力の作用しない純粋曲げおよび面内引張を負荷したときの変形を計測し、理論解析の結果との比較検討を行った。
純粋曲げは、4点曲げによって負荷し撓みを計測した。一方、有限要素法により準三次元応力解析を行ったが、純粋曲げを直接解く方法と、重ね合わせ法により自由縁に荷重を負荷する問題に転換して層間応力による変形のみを求める方法とを用いた。また、剥離が充分大きいときの変形を古典積層理論によって求めた。
次に面内引張は、剛体変形を拘束するように工夫した試験装置を用いて負荷し、変形を計測する一方、有限要素法による準三次元応力解析を行った。また、剥離が大きい場合の変形を古典積層理論によって求めた。
その他、初期歪による積層板の変形を、有限要素法によって三次元応力解析によって求めた。
このように、層間応力による複合材料積層板の自由縁の変形を実験および理論により求めたが、剥離の大きい場合の変形の計測を今後行う必要がある。

Research Products

• [Publications] Kyohei Kondo: "Energy Release Rate of Delamination at Transverse Crack Tips" Proc.the Fifth JapanーU.S.Conference on Composite Materials,1990,Tokyo. (1991)
• [Publications] Kyohei Kondo: "Superposition Method for Analysis of Energy Release Rates of Delamination" Proc.the Third International Conference on Composite Materials,Univ.of Patras,Greece,1990. (1991)
• [Publications] Kyohei Kondo: "Influence of Hygrothermal Stresses on Transverse Crack Tip Delamination" Proc.the Eigth International Conference on Compoisite Materials,1991,Hawaii. (1991)