1998 Fiscal Year Annual Research Report
複合材料におけるミクロ及びマクロ的界面強度解析手法に関する研究
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08650095
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
酒井 譲 横浜国立大学, 教育人間科学部, 教授 (90114975)
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| Keywords | 複合材料 / 接着強度 / 分子動力学 / FEM-BEM・混合法 |
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| Research Abstract |
ガラス繊維複合材料を用いて、複合材料中の強化繊維-マトリクス界面の接着強度を求めた。3種類の試験片(垂直方向強度、せん断方向強度、および引き抜き強度試験片)を用い、ガラス繊維布とエポキシマトリクス界面の接着強度を求めたところ、一般に、引き抜き強度が最も高く、せん断強度はその1/3〜1/2程度であり、垂直方向強度はその中間のレベルを示した。この実験結果をもとに有限要素法と境界要素法を併用した、いわゆるハイブリッド型数値解析により、界面剥離強度をシミュレーションした。マトリクス-強化繊維界面の接合力はバネ要素により表現し、3次元方向にバネ要素を配置し、その応力が実験より求めた強度(σ^*またはτ^*)に達した瞬間、バネは切断され、その剛性を失うものとしてモデル化した。数値解析より求められた界面剥離挙動は実験で求められた結果と良く一致しており、マクロ場における複合材料の界面強度を“FEM-BEMハイブリッドバネモデル"で解析する有効性が確認された。ミクロ場の解析は以下のような方法でおこなった。ガラス強化複合材料界面においては、ガラス分子鎖の集合体の間隙にエポキシ樹脂分子が進入し、両者が複雑に混合しあうことにより、界面の強度が発生する。まずこのモデルの有効性を確かめるため、ガラス分子鎖とエポキシ樹脂分子が1対1〜1対5の比率で整合的に分布するモデルを考え、解析を行った。解析手法は分子動力学(MD)を用いた。この整合モデルに垂直応力とせん断応力を負荷した解は、混合比率により界面強度が放物的に変化する挙動を明らかにした。またガラス分子鎖と樹脂分子がランダムに混合しあうモデルについてもMDにより解析をおこなっている。
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