粒子分散型知能複合材料の構成則の構築と創成

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11650093
• Research Institution: Kyushu Institute of Technology
• Principal Investigator: 中垣 通彦 九州工業大学, 情報工学部, 教授 (90207720)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小金丸 正明 福岡県工業技術センター, 研究員 ; 呉 亜東 九州工業大学, 情報工学部, 助手 (60304870)
• Keywords: 粒子分散複合材料 / 等価介在物理論 / メゾ・メカニックス解析 / Self-consistent法 / Localised Rigidity法 / 繊維強化複合材料 / 知能材料 / 形状記憶合金

Research Abstract

本研究のまとめとなる本年度の研究実績として得られた成果を下記に掲げる。
1.初年度に開発したSCC-LRMモデルを用いて、マイクロ・アクチュエータの介在物粒子が分散する複合材料モデルと、楕円体粒子を含む任意の形状モデルを構築し、本研究の主目的である知能複合材料のマクロな材料挙動を記述する構成則を構築した。
知的介在物が球状粒子のように等方体でない場合は、分散と配向の形態および分布密度が大きくマクロ挙動を左右するため、それらの分布をLRMモデル手法を用いてパラメタ化し、知能材料に高機能性を持たせた。
2.知能粒子を分散させたユニット・モデル領域に均質化理論を適用し、有限要素法を用いてメゾメカニックス解析を行った。これにより、上記1の知能材料モデルの挙動を解析し検証した。本解析では計算量が膨大となるため、当研究室に既設の計算機システムに、申請したメモリを増設し、また自動要素生成ソフトウェアを組み込んで計算機システムを増強した。
3.比較的ヤング率の低いポリマーを母相とし、微細ガラス粒子を分散させた複合材料を試作(外部発注)し、高精度計測システムを用いて引き張り挙動の検定を行った。本実験と2のメゾ解析によって1の構成則モデルを実際的に検証する事が出来た。

Research Products

• [Publications] 中垣通彦,呉亜東: "繊維強化複合材料の構成則とモデル化"福岡県産業・科学技術振興財団産学官共同研究開発事業研究成果報告書. 89-103 (2000)
• [Publications] 小金丸正明,内野正和,原田豊満,中垣通彦: "繊維分散強化複合材料のマクロ的特性評価"福岡県産業・科学技術振興財団産学官共同研究開発事業研究成果報告書. 104-113 (2000)
• [Publications] 菅原光男,瓜田祐輔,片岡稔,萩原世也,中垣通彦: "ニューラルネットワークによる不定形耐火物内張材の膨張挙動の解析(第1報非線形有限要素法による不定形耐火物内張材の強度解析)"KUROSAKI TECHNICAL REPORT. 147. 51-58 (1999)
• [Publications] 中垣通彦: "粒子分散複合材料の非線形構成則に関する研究"文部省科学研究費補助(基盤研究C)成果報告書. 1-156 (1999)
• [Publications] Yadong WU,Michihiko NAKAGAKI: "Analysis of Local Stress Distribution around Elliptic Cracks in Fiber Dispersed Composite by Accounting for its Global Non-homogeneity"Proceeding of the Eighth International Conference on Nuclear Engineering. 8 (2000)
• [Publications] 呉亜東,中垣通彦: "異方性を考慮する繊維クラスタ分散複合材料のメゾ・モデル"第12回計算力学講演会論文集. 345-346 (1999)
• [Publications] 呉亜東,中垣通彦: "繊維介在物の界面応力集中について:複合材料の異方性を考慮する理論則とその評価"第24回複合材料シンポジウム講演要旨集. 205-206 (1999)
• [Publications] 中垣通彦,呉亜東: "非線形材料挙動を伴う粒子分散複合材料のSCC等価介在物モデル"第24回複合材料シンポジウム講演要旨集. 77-78 (1999)
• [Publications] 中垣通彦,呉亜東: "繊維強化複合材料の構成則理論とモデル"平成11年産学官共同研究成果発表会. 108-122 (1999)
• [Publications] 坂元光,中垣通彦,萩原世也,菅原光男: "連続鋳造・不定形材料の多重材料特性と剥離現象の解析"第12回計算力学講演会. 579-580 (1999)
• [Publications] Yadong WU,Michihiko NAKAGAKI: "Localized Rigidity Concept for Modeling Nonlinear Material Behavior of Composite with Self-consistent Equivalent Inclusion Method"Proceeding of European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering. 8 (2000)
• [Publications] Michihiko Nakagaki,Yadong Wu: "Study of Interaction on Meso-Local Damage Phenomena Modeled in SCC-LRM Constitutive Law"Proceeding of European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering. 8 (2000)
• [Publications] Michihiko Nakagaki,Yadong Wu: "Equivalent Inclusion Model for Particle Dispersed Composite with Nonlinear Material Behaviors"Proceeding of International Conference on Computationla Engineering & Sciences. 163-168 (2000)
• [Publications] Yadong WU,Michihiko NAKAGAKI: "Constitutive Model for Fiber Dispersed Composites taking account of Meso-local Inhomogeneity and Anisotropy due to Inclusions Disposition"Proceeding of International Conference on Computationla Engineering & Sciences. 1122-1127 (2000)
• [Publications] Michihiko Nakagaki,Yadong Wu: "T^*-evaluation on Crack Propagating in Functionally Graded Material Described by LRM Constitutive Law"Proceeding of International Conference on Computationla Engineering & Sciences. 1872-1877 (2000)
• [Publications] Yadong WU,Michihiko NAKAGAKI: "Theoretical Analysis and Evaluation of Stress Concentration at Surface of Fiber Inclusions by Considering Global Anisotropy of Composite"Proceeding of The Second Asian-Australasian Conference on Composite Materials. 937-942 (2000)
• [Publications] Yadong WU,Michihiko NAKAGAKI: "Analysis of Local Stress Distribution around Elliptic Cracks in Fiber Dispersed Composite by Acc* Global Non-homogeneity"Proceeding of the Eighth International Conference on Nuclear Engineering. 8 (2000)
• [Publications] 長尾祐貴,中垣通彦,呉亜東: "形状記憶合金を用いた機能複合材料のモデル化"日本機会学会2000年度年次大会講演論文集. 49-50 (2000)
• [Publications] 呉亜東,中垣通彦,常華建: "マイクロ繊維分散複合材料の局所塑性損傷における評価"日本機会学会2000年度年次大会講演論文集. 577-578 (2000)
• [Publications] 小金丸正明,中垣通彦,呉亜東: "塑性基粒子分散複合材料実験によるLRM構成則の検証"日本機会学会2000年度年次大会講演論文集. 181-182 (2000)
• [Publications] 呉亜東,中垣通彦,常華建: "Rigidity Model for Graphite with Pores Inducing Damage in the Vicinity"日本計算工学会論文集. 735-736 (2000)
• [Publications] 正山祐一,中垣通彦: "傾斜機能材料を用いた人工股関節の応力分散効果"日本計算工学会論文集. 2 (2000)
• [Publications] Yadong WU and Michihiko NAKAGAKI: "Study on Meso-local Damage Area Extending in Short Fiber Composite Using LRM Constitutive Model"日本機械学会第13回計算力学講演会論文集. 657-658 (2000)
• [Publications] 諸石昭利,中垣通彦,呉亜東: "メゾ粒子の応力干渉によるマイクロ損傷と相変態の干渉効果"日本機械学会第13回計算力学講演会論文集. 771-772 (2000)