多重破断現象を利用した複合材料の界面及びその近傍の力学的挙動の解析

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04650649
• Research Institution: KYOTO UNIVERSITY
• Principal Investigator: 落合 庄治郎 京都大学, 工学部, 教授 (30111925)
• Keywords: 多重破断 / 複合材料 / 界面 / 応力伝達 / シェアラグアナソシス / モンテカルロシミュレーション / 繊維 / メゾメカニクス

Research Abstract

高性能複合材料を設計・作製するためには、界面及びその近傍(以下界面と省略)の力学的挙動の解明は重要な課題である。しかしながら、界面の持つ多様性とその影響の複雑さのために、少数の特定の性質に関連した界面挙動を除いては、未だ明らかになったとは言えない。本研究では、複合材料でしばしば観察される、より低歪で破断する構成材の多重破断現象に着目し、この現象を利用して界面の力学的挙動を明らかにすることを目的として種々の複合材料系について実験、解析、シミュレーションを行い、多くの成果を挙げることができた。主な結果は以下のように要約される。
(1)航空機材料として用いられている積層型炭素繊維強化エポキシ複合材料では、0/90/0タイプ中の90プライの多重破断現象の担い手はプライ界面の約15μmの樹脂富化層であることを突き止めた。
(2)次世代のマグネットや電力貯蔵への応用が期待されその開発が進められている銀シース酸化物超伝導複合線材中の酸化物の多重破断現象の実験結果の解析より、界面せん断強さは30-40MPaであることを初めて明らかにした。
(3)21世紀に向けて高温材料として大きな期待が寄せられている金属基複合材料用のコーティング繊維表面のコーティング層の多重破断現象とクラック進展の関係を実験的に把握すると共に理論的に解析し、界面接着が強い場合のモードI型クラック先端でのエネルギー開放率は多重破断により低下することを明らかにし、さらにモンテカルロシミュレーションにより多重破断の進展と繊維強度の関係を定量的に表現することに成功した。

Research Products

• [Publications] S.Ochiai,K.Osamura,P.W.M.Peters and K.Schelte: "Estimation of the 90° ply Strength Distribution and Shear Lag.Parameter from Multiple Transverse Cracking in Graphite-Epoxy Cross-ply Laminates" Materials Science and Engineering. (印刷中).
• [Publications] S.Ochiai,K.Hayashi and K.Osamura: "Estimution of Interfacial shear strength between Superconducting Oxides and Silver-sheath from Multiple Fracture Phenomenon of the oxides" Metallurgical Transactions. (印刷中).
• [Publications] S.Ochiai and K.Osamura: "Intluence of Multiple Cracking of Coating Layer on Fiber strength" Zeitschrift fur Metallkunde. (印刷中).
• [Publications] S.Ochiai and M.Hojo: "Multiple Cracking of Coating Layer and Its Intluence on Fiber strength-PartI:Calculation" Journal of Materials Science. (印刷中).
• [Publications] S.Ochiai and M.Hojo: "Multiple Cracking of Coating Layer and Its Intluence on Fiber strength-PartII:Monte Carlo Simulation" Journal of Materials Science. (印刷中).