複合負荷を受ける先進複合材料のダメ-ジと巨視的力学特性の相互関係に関する研究

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07750088
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 佐々木 克彦 北海道大学, 工学部, 助教授 (90215715)
• Keywords: CFRP / 微視的測定 / アコースティック・エミッション / 繰返し負荷 / 構成式 / 非弾性ひずみエネルギ / 損傷 / 疲労寿命

Research Abstract

1.代表的な複合材料の一つである炭素繊維強化複合材料(CFRP)から作製した薄肉円筒試験片を用い、引張り・圧縮およびねじりを単独あるいは組合わせた実験を現有のサーボパルサ(島津製作所製)を用いて行った。この際、申請のAE解析装置を用い負荷中の複合材料のAE特性情報を測定した。
2.上記実験により得られる応力、ひずみ関係の非線形性および弾性係数変化等の複合材料の巨視的力学特性とAE特性との関連性を明確にした。
3.負荷による補強材の破壊、補強材とマトリックス材とのはく離、積層面のはく離のダメ-ジによる複合材料内部の微視的構造状態変化を、金属顕微鏡を用いたミクロ観察を行った。
4.上記微視的観察により明らかになった、補強材の破壊、補強材とマトリックス材とのはく離、積層面のはく離等のダメ-ジによる微視的構造変化とAE特性との関連性を把握した。そして、先に得られたAE特性と応力、ひずみ関係の非線形性および弾性係数変化等の複合材料の巨視的力学特性との関係から、複合材料のダメ-ジによる微視的構造変化と巨視的力学特性との関係を明確にした。
5.複合材料の繰返し負荷に伴う疲労寿命を推定するための新しい疲労寿命予測法を検討した。ここでは、繰返し負荷による非弾性ひずみエネルギと繰返し回数の関係から独自に疲労寿命を定義した。そして、この定義の妥当性を前述の微視的観察およびAE測定により検証した。
6.申請者がこれまでに行ってきた一般金属材料を対象にした非弾性構成式を基礎とし、複合負荷によりダメ-ジを生じる複合材料の非線形変形構成式の構築を検討した。

Research Products

• [Publications] K.Sasaki: "Inelastic Behavior of CFRP Subjected to Cyclic Loading" Computational Mechanics '95,Theory and Applications. Vol.1. 1217-1222 (1995)
• [Publications] 佐々木克彦: "損傷を考慮したFRPの非弾性構成式-繰返し負荷を受けるCFRP[±45°]_4への適用-" 材料. 第44巻. 1261-1266 (1995)
• [Publications] K.Sasaki: "Cyclic Inelastic Deformation and Life Prediction of CFRP" Materials Science Research International. Vol.1. 232-237 (1995)