ニューラルネットによるCFRP積層材の力学特性と内部損傷との関係解明

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05650659
• Research Institution: Nihon University
• Principal Investigator: 邊 吾一 日本大学, 生産工学部, 教授 (90060079)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西 恭一 日本大学, 生産工学部, 助手 (00256819) ; 青木 義男 日本大学, 理工学部, 専任講師 (30184047)
• Keywords: CFRP積層材 / ニューラルネット / 損傷 / 減衰能 / 固有振動数 / 曲げ強度 / 圧縮強度 / 境界条件

Research Abstract

本研究では、衝撃負荷による損傷増大がCFRP積層材の静および動的特性に与える影響と巨視的レベルの損傷として、円孔を有する積層板の固有振動数を解析および実験の両面から検討し、さらにニューラルネットワークをCFRP積層板の境界条件の同定に応用し、次の3分野で研究成果をあげた。
1.破壊に至らない程度の衝撃負荷をCFRP積層材に与え、超音波深傷機を用いて衝撃負荷前後で損傷面積の変化と積層材の減衰能の変化を求めた後、4点曲げ強度と圧縮強度を求めた結果、1)損傷面積の変化と減衰能の変化は比例し、厚さが小さいほど曲線的に減衰能は大きくなり、減衰能の変化より損傷面積の変化を求めることが可能となる。2)曲げ強度、損傷面積および減衰能は相関関係を有し、減衰能が大きくなると曲げ強度は小さくなる。3)減衰能の値が小さい場合は圧縮破壊モード、損傷面積が大きく、減衰能がある値以上になると座屈破壊モードとなり、強度値は圧縮破壊モードよりも減少する。
2.本研究で定式化した手法による円孔を有するCFRP積層板の振動特性の解析結果と実験結果は一致することを明らかにした上で、1)有孔CFRP積層板の固有振動数は境界条件の違いによって、無孔の場合よりも増減する。2)有孔CFRP積層板の固有振動数は無孔の場合に比べて、積層構成の影響も大きく受ける。3)孔の大きさ、境界条件、積層構成や積層板の縦横比の影響を受ける固有振動数をニューラルネットワークで求めるための学習データを獲得し、解析式を用いなくても、ニューラルネットワークで求められる可能性を示した。
3.基本固有振動数と振動モードからCFRP積層板境界での支持条件である回転およ垂直バネ定数やCFRP積層板の曲げ剛性をニューラルネットワークを用いて同定できることも明らかにした。

Research Products

• [Publications] 邊 吾一: "衝撃曲げ負荷を受けるCFRP積層材のダンピング特性" 日本複合材料学会第18回複合材料シンポジウム講演要旨集. 107-110 (1993)
• [Publications] 邊 吾一: "衝撃曲げ負荷を受けるCFRP積層材のダンピング特性(第2報)" 日本材料学会第23回FRPシンポジウム講演論文集. II30-II34 (1994)
• [Publications] 邊 吾一: "衝撃負荷を受けるCFRP材の損傷減衰および強度の相関について" 日本機械学会中国四国支部第33期総会講演論文集. (1995)
• [Publications] 青木義男: "円孔を有する先端複合材料積層板の振動特性" 日本機械学会論文集A編. 61(掲載予定). (1995)
• [Publications] 青木義男: "FRP多層プリント配線用基材の免振設計" 強化プラスチック. 41(掲載予定). (1995)