Spline要素法を用いた複合構造物の衝撃弾塑性応答解析に関する研究

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04650412
• Research Institution: Daido Institute of Technology, Faculty of Engineering
• Principal Investigator: 水澤 富作 大同工業大学, 工学部, 助教授 (60113081)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 酒造 敏廣 大同工業大学, 工学部, 助教授 (90137175) ; 事口 壽男 大同工業大学, 工学部, 教授 (60047305)
• Keywords: 複合積層板 / 複合積層シェル / 衝撃弾塑性応答 / 破壊パターン / 塑性化進展 / 振動特性 / スプライン要素法 / 繊維強化複合材

Research Abstract

先進複合材料より成る繊維強化型積層板や積層シェルの衝撃応答を明らかにするために、面外せん断変形や回転慣性の影響を考慮した積層理論と異方性弾塑性理論を用いて、積層複合板と円筒パネルの振動特性、降伏領域の進展やその破壊モードを明らかにすることを研究目的としている。
本研究から得られた主な成果を示すと、以下のようになる。
1.対称及び非対称な複合積層円筒パネルの振動特性の解析
横せん断変形と回転慣性の影響を考慮したSandersのシェル理論に基づくスプライン要素法を用いて、クロス・プライ積層円筒パネルや逆対称アングル・プライ積層円筒パネルの振動特性に与える積層数、配向角、弾性係数比、偏平角や境界条件などの影響について明らかにした。積層板と比較して、積層数の影響はさほど大きくないが、配向角の影響が顕著に現れることなどを明らかにした。
2.Hillの一般化異方性弾性理論とMisesの降伏条件式を適用した複合
積層板と積層円筒パネルの弾塑性応答解析
衝撃荷重による一方向繊維強化積層板と積層円筒パネル(グラファイト/エポキシ材)の塑性域の進展や破壊パターンに与える積層数、幅厚比や境界条件による影響について解析した。厚さ方向の積層要素の塑性化を考慮して、繊維強化積層板と円筒パネルの塑性領域の進展方向や破壊モードに与える曲げ挙動と面外せん断変形の影響を明らかにした。これより、積層(ラミナ)の塑性化は弱層方向または強化繊維方向と垂直な方向から進展し、また横せん断変形が大きく生じる部分では、厚方向に急激な塑性化が進展する。また、積層円筒パネルでは、円周方向から塑性化が進展し、円筒軸方向に伝播する。積層複合構造物の破壊モードに与える積層の配向角や積層組も大きな影響を与えることなど明らかにしている。

Research Products

• [Publications] 水澤富作: "繊維強化型複合積層板の衝撃弾塑性応答解析について" 構造工学論文集. Vol.40A. (1994)
• [Publications] 水澤富作: "高次せん断変形理論に基づくスプライン帯板法を用いた積層複合板の振動解析について" 構造工学論文集. Vol.40A. (1994)
• [Publications] 水澤富作: "Spline Prism法を用いた長方形厚板の三次元曲げ解析について" 土木学会論文集. No.489/1-27. (1994)
• [Publications] Mizusawa.T.: "Vibration of rectangular Mindlin plates by the spline strip method" Journal of Sound and Vibration. Vol.163. 193-205 (1993)
• [Publications] 鬼頭博史: "積層複合曲面板の弾塑性応答解析について" 平成5年度土木学会中部支部研究発表会講演概要集. 1-50. 99-100 (1994)
• [Publications] 水澤富作: "一次せん断変形理論を用いた積層円筒シェルパネルの振動解析について" 平成5年度土木学会中部支部研究発表会講演概要集. 1-48. 95-96 (1994)