繊維強化複合材料積層板の衝撃損傷と衝撃後圧縮特性劣化(CAI)メカニズム

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09650116
• Research Institution: Sophia University
• Principal Investigator: 末益 博志 上智大学, 理工学部, 教授 (20134661)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 郷津 勝久 上智大学, 理工学部, 助手 (40178439) ; 間島 理 上智大学, 理工学部, 助手 (90053678)
• Keywords: 複合材料 / 層間剥離 / 有限要素法 / 衝撃 / 圧縮 / 座屈 / 破壊力学

Research Abstract

上記課題で解析および実験的な研究を行った.昨年に引き続き、衝撃荷重の替わりに集中荷重を準静的に与える実験を行いデータの蓄積を行った。本実験により、損傷累積過程に関して興味深い現象を観察することができ解析を行う上で有用な知見を得ることができた。またこの損傷進展メカニズムを明らかにするために破壊力学的なパラメターを考慮し損傷進展を効率よく計算できる手法を開発した。この手法を用いて得られた損傷累積挙動を第8回日米複合材料会議で発表した。さらに本研究はJournal of Plastics and Compositesおよび日本複合材料学会誌に掲載予定である。また衝撃損傷を受けた複合材料積層板のモデルとして板中央部に大きさの異なる剥離を板厚方向に挿入した積層板の圧縮挙動を有限要素法を用いて解析した。昨年度は、解析効率を考えて二次元シェル要素のみを用いた解析を行ったが各成分ごとのエネルギー解放率が精度よく得られないと言う懸念があったので、本年度は剥離していない領域を二次元板要素を用い、剥離部およびその近傍を三次元ブロック要素を用いて定式化した。本方法によって得られる全体的な挙動は、シェル要素のみを用いて得られた結果および三次元要素のみを用いて得られる結果とよく一致した。解析効率および回の精度を考えると本手法が複数個の大きさの異なる剥離を有する複合材料積層板の座屈挙動及び座屈後変形挙動をシミュレートするのに有効であることが示された。また、剥離先端の破壊力学的なパラメタ各成分に関しても荷重増加に伴う増加挙動を明らかにできた。昨年度の結果および本年度結果の一部はAIAAの第39回Structures,Structural Dynamics and Materialsおよび日本航空宇宙学会の構造強度講演会で発表し、AIAA Journalに印刷された。今年度の成果は、次年度の学会等で公表する予定である。

Research Products

• [Publications] H.Suemasu,T.Kumagai: "Compressive Behavior of Rectangular Composite Laminates with Multiple Circular Delaminations I.Experiment and Analytical Development" AIAAJournal. 36:7. 179-1285 (1998)
• [Publications] H.Suemasu T.Kumagai K Gozu: "Compressive Behavior of Rectangular Composite Laminates with Multiple Circular Delaminations II.Finite Element Analysis" AIAA Journal. 36・7. 1286-1290 (1998)