分散強化型複合材料における強化材割れを考慮した損傷理論と高性能特性発現機構の解明

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09650095
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Shizuoka University
• Principal Investigator: 東郷 敬一郎 静岡大学, 工学部, 教授 (10155492)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 荒木 弘安 静岡大学, 工学部, 助手 (60115433) ; 石井 仁 静岡大学, 工学部, 教授 (90022235)
• Keywords: 分散強化型複合材料 / 強化材割れ / 損傷理論 / 形状記憶合金複合材料 / 機能性材料 / マイクロメカニクス

Research Abstract

粒子・短繊維複合材料は変形初期から強化材のはく離損傷、割れ損傷が発生し、強度特性に影響を及ぼすことが知られている。平成9年度は、これらの損傷の影響を明らかにするために、損傷を考慮した理論を構築するとともに、分散形複合材料における損傷過程と強度特性に及ぼす損傷の影響に関する実験を行った。また、機能性材料としての形状記憶合金複合材料に関する基礎研究を行った。
(1)強化材の割れを考慮した複合材料の損傷理論
複合材料における強化材の載荷能力は強化材の平均応力により定義できる。従って、まず、引張応力下、せん断応力下の割れた楕円体介在物の解析を有限要素法により行い、介在物の形状比、マトリックスと介在物の弾性係数の組合わせを種々に変えた場合に対して割れた楕円体介在物の力学的特性、載荷能力を明らかにした。続いて、割れた介在物の載荷能力に関する結果を用いて、複合材料の割れ損傷を考慮した損傷理論をマイクロメカニクスの手法を用いて構築した。
(2)分散形複合材料の損傷過程と強度特性
小型射出成形機を用いて作成した分散形熱可塑性樹脂複合材料について、実験を行い、損傷過程と強度特性に及ぼす損傷の影響を調べた。変形初期から生じる強化材のはく離損傷、割れ損傷は、引張強さ、疲労強度を低下させるが、破壊靱性、疲労き裂進展抵抗を向上させることがわかった。
(3)形状記憶合金複合材料の開発
熱可塑性樹脂にTiNi形状記憶合金繊維を分散した複合材料の機能性材料としての可能性を調べるために、機械的熱的負荷の下での変形挙動を解析する手法を構築した。また、形状記憶合金複合材料の小型射出成形機による作成を試みた。

Research Products

• [Publications] 東郷敬一郎: "ガラス粒子強化ナイロン66複合材料の破壊靱性と高靱化機構" 日本材料学会第9回破壊力学シンポジウム. 125-129 (1997)
• [Publications] Young-Tae Cho: "Finte Element Analysis of a Cracked Ellipsoidal Imhomogeneity in an Infinite Body and Its Load Carrying Capacity" JSME International Journal. 40-3. 234-241 (1997)
• [Publications] Young-Tae Cho: "Load Carrying Capacity of a Broken Ellipsoidal Imhomogeneity" Acta Materialia. 45-11. 4787-4795 (1997)
• [Publications] Keiichiro Tohgo: "Damage Mechanics of Reinforcement Cracking in Particle or Short-Fiber Reintorced Composites" International Conterence of Composite Materials. 2. 365-373 (1997)
• [Publications] 東郷敬一郎: "分散形複合材料の強化材割れを考慮した増分型損傷理論" 日本機械学会講演論文集. 97-44. 93-96 (1997)
• [Publications] 東郷敬一郎: "Shear Lagモデルによる形状記憶合金複合材料の変形解析" 日本機械学会講演論文集. 97-44. 85-88 (1997)