繊維強化複合材料の繊維・母材界面の疲労破壊強度の測定法の開発

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07750106
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 田中 拓 名古屋大学, 工学部, 助手 (80236629)
• Keywords: 複合材料 / CFRP / 繊維・樹脂界面 / 疲労強度 / 界面応力 / 圧子押込み法 / 繊維表面処理 / 疲労き裂伝ぱ

Research Abstract

(1) 球および円柱圧子押込み法による、複合材料の繊維・母材界面の疲労試験システムを構成した。本手法は、繊維直交面に球あるいは円柱圧子による繰返し押込み荷重を与えることで、試料表面に界面疲労き裂を発生させるものである。始めに、球圧子法と円柱圧子法の比較を行った結果、円柱圧子では圧子と測定面の均一な接触を得ることが難しく、球圧子法の方が優れていると判断した。次いて球圧子法の予備試験により、荷重一変位関係の傾き変化から疲労き裂発生を検出する精度の検討を行った。試験荷重が微小となるため、微小押込み変位の測定には非接触式の変位計が必要であり、レーザ式変位計を採用することで実用上必要な精度を確保した。また、最適な球圧子法の検討を行った。
(2) 3次元マクロ解析とミクロ解析のハイブリッド法による、界面応力の計算プログラムを作成した。マクロ解析では複合材料を均質体と見て、境界要素法による押込み変位分布の計算を行う。ミクロ解析では角柱母材に単繊維を埋め込んだユニットセルに対し、マクロ解析で得た変位分布を与えて解析を行い、繊維・樹脂界面応力を算出を可能とした。
(3) 同じ炭素繊維とエポキシ樹脂から繊維表面処理を変えた3種類のCFRPについて、開発した方法により界面疲労強度を測定した。この結果を、マクロな疲労き裂伝ぱ試験で求めた下限界応力拡大係数と比較し、両者の相関を検討した。

Research Products

• [Publications] 田中拓: "モードII静的および繰返し荷重下におけるCFRP積層板の層間はく離き裂の進展挙動" 日本機械学会論文集(A編). 61. 530-536 (1995)
• [Publications] 田中拓: "負の応力比のもとでのCFRP積層板のモードII層間はく離の進展挙動" 日本機械学会論文集(A編). 61. 876-882 (1995)
• [Publications] Hiroshi Tanaka: "Propagation of Interlaminar Cracks in Carbon/Epoxy Laminates under Mode I and II Loadings" Composite '95. 577-583 (1995)
• [Publications] Hiroshi Tanaka: "Mixed-Mode Growth of Interlaminar Cracks in Carbon/Epoxy Laminates under Cyclic Loading" Proceedings of ICCM-10. 181-188 (1995)