HSCT模擬環境での耐熱複合材料耐久性評価用の微視損傷その場観察装置の試作研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13355035
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 武田 展雄 東京大学, 大学院・新領域創世科学研究科, 教授 (10171646)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 荻原 慎二 東京理科大学, 理工学部, 講師 (70266906) ; 岡部 洋二 東京大学, 大学院・新領域創世科学研究科, 助手 (90313006)
• Keywords: 炭素繊維強化プラスチック / 耐熱樹脂基繊維強化複合材料 / ポリイミド樹脂 / 90度層クラック / ビスマレイミド樹脂 / 負荷・除荷過程 / 層間剥離 / その場観察

Research Abstract

本研究の目的は、HSCT模擬環境下での耐熱樹脂基繊維強化複合材料定量的な微視的実験評価手法(複合材料の実験マイクロメカニクスと呼ぶ)を提案し、現存、または開発中のいくつかの耐熱ポリイミド基繊維強化複合材料に適用することにより、新規複合材料開発のための手法として確立することにある。具体的には、高温・高湿度雰囲気制御を行いつつ、負荷・除荷過程中における複合材料の微視的変形・破壊プロセスをその場観察するシステムとして、任意の負荷・除荷サイクルが与えられる負荷ステージをもつ、光学顕微鏡、走査型レーザー顕微鏡を開発中である。実用複合材料の試験が可能である20kNまでの試験システムで点に特徴がある。現在、標準材としての180℃硬化のエポキシ樹脂(TGDDM/DDS系)をマトリックスとするカーボン繊維強化複合材料の、基本的なクロスプライ積層板[0/90_4/0]を用いて実験を行っている。(1)90度層内の初期マトリックスクラック発生、(2)マルティプルマトリックスクラック発生、(3)マトリックスクラック端部からの層間剥離発生、の各段階におけるミクロな変形・破壊プロセスを、負荷中のその場観察により定量的に明らかにし、マイクロメカニクスの理論解析の実験的検証を行っている。今後、ビスマレイミド、熱硬化性ポリイミド、熱可塑性ポリイミドの3種類の耐熱ポリイミド基カーボン繊維強化複合材料に適用する予定である。

Research Products

• [Publications] S.Ogihara, S.Kobayashi, N.Takeda, A.Kobayashi: "Damage Mechanics Characterization of Transverse Cracking Behavior in High-temperature CFRP Laminates"COMPOSITES SCIENCE AND TECHNOLOGY. 61. 1049-1055 (2001)
• [Publications] A.Nakai, T.Ohki, N.Takeda, H.Hamada: "Mechanical Properties and Micro-fracture Behaviors of Flat Braided Composites with a Circular Hole"COMPOSITE STRUCTURES. 52. 315-322 (2001)
• [Publications] S.Kobayashi, K.Terada, S.Ogihara, N.Takeda: "Damage-mechanics Analysis of Matrix Cracking in Cross-ply CFRP Laminates under Thermal Fatigue"COMPOSITES SCIENCE AND TECHNOLOGY. 61. 1735-1742 (2001)
• [Publications] T.Okabe, N.Takeda: "Estimation of Strength Distribution for a Fiber Embedded in a Single-fiber Composite : Experiments and Statistical Simulatin Based on the Elasto-plastic Shear-lag Approach"COMPOSITES SCIENCE AND TECHNOLOGY. 61. 1789-1800 (2001)
• [Publications] S.Ogihara, N.Takeda, S.Kobayashi, A.Kobayashi: "Damage Mechanics Characterization of Transverse Cracking Behavior in Quasi-isotropic CFRP Laminates with Interlaminar-toughened Layers"INTERNATIONAL JOURNAL OF FATIGUE. 24. 93-98 (2002)
• [Publications] T.Okabe, N.Takeda, Y.Kamoshida, M.Shimizu, W.A.Curtain: "A 3D Shear-lag Model Cosidering Micro-damage and Statistical Strength Prediction of Unidirectional Fiber-reinforced Composites"COMPOSITES SCIENCE AND TECHNOLOGY. 61. 1773-1787 (2001)