織物ガラス-エポキシ積層材料のクライオメカニックスに関する研究

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06650082
• Research Institution: TOHOKU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 進藤 裕英 東北大学, 工学部, 教授 (90111252)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 上田 整 東北大学, 工学部, 助教授 (10176589) ; 堀口 勝三 東北大学, 工学部, 助手 (30219224)
• Keywords: 破壊力学 / クライオメカニックス / 織物ガラス-エポキシ積層材料 / 数値シミュレーション / 破壊靭性試験 / 応力拡大係数 / 層間せん断強度 / 発熱・温度上昇

Research Abstract

本研究は、極低温用複合材料の設計・開発・評価に資することを目的に、前年度までの研究成果を踏まえ、織物ガラス-エポキシ積層材料のクライオメカニックスに関する理論的・実験的研究を行ったものである。得られた成果を要約すると以下の通りである。
1.極低温下で面外方向機械的負荷の作用を受ける織物ガラス-エポキシ積層材料G-10CRを対象に、緑応力及び内部応力分布に及ぼす織込角度の影響を有限要素解析した。
2.極低温下のき裂を有するG-10CRを対象に、引張を受ける場合の応力分布及び複合材料剛性を織込角度の影響を考慮して有限要素解析した。また、複合材料の自由表面が急激に冷却される場合の熱衝撃応答にも言及し、冷却応力の時間的変動を解明した。
3.織物ガラス-エポキシ積層材料G-10の極低温破壊靭性(K_<IC>)試験を行い、応力拡大係数に及ぼす試験温度、試験片形状、引張速度の影響を解明した。また、熱電対によるき裂進展に伴う発熱・温度上昇測定、走査型電子顕微鏡(SEM)による破面観察も行い、考察を加えた。
4:G-10の液体窒素温度(77K)における破壊靭性(J_<IC>)試験を行い、非線形破壊力学的挙動に注目して詳細に検討した。
5.室温及び77KにおけるG-10CRの層間せん断試験を両面ノッチ付試験片を用いて行い、層間せん断強度に及ぼす試験温度、試験片板厚及びノッチ間隔の影響を明らかにした。また、SEM及び光学顕微鏡による破面観察も行い、層間せん断強度特性に関する考察を加えた。
6.織物ガラス-エポキシ積層材料のクライオメカニックスに関する三次元有限要素解析を実施し、繊維及び母材の種類、繊維形状、繊維の体積含有率等を変化させた数値実験を行って有益な結果を得た。

Research Products

• [Publications] S. Ueda: "Edge and Interlaminar Stresses of Glass-Cloth-Reinforced Epoxy Laminates under Uniform Axial Extension at Cryogenic Temperatures" Cryogenics. 35. 705-708 (1995)
• [Publications] Y. Shindo: "Mechamical Behaviour of Cracked Woven Glass/Epoxy Laminates under Tension at Low Temperatures" Crogenics. 35. 709-712 (1995)
• [Publications] 真田 和昭: "織物ガラス-エポキシ積層材料G-10の極低温破壊" 第39回日本学術会議材料研究連合講演会前刷集. 127-128 (1995)
• [Publications] 真田 和昭: "77Kにおける織物ガラス-エポキシ積層材料G-10破壊力学的挙動" 第54回1995年度秋季低温工学・超電導学会講演概要集. 128-128 (1995)
• [Publications] 真田 和昭: "77Kにおける織物ガラス-エポキシ積層材料G-10のJ積分破壊パラメータ" 日本金属学会講演概要 1996年春季大会. (発表予定).
• [Publications] 王 瑞: "77Kにおける織物ガラス-エポキシ積層材料G-10CRの層間剪断強度" 日本機械学会第73期通常総会講演会講演論文集. (発表予定).