2015 Fiscal Year Annual Research Report
材料と構造の統合的アプローチによるCFRP部材の変形・耐荷性能の向上
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15H04028
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
松本 高志 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40301121)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | CFRP / 曲げ部材 / 積層構成 / 画像計測 / 変形機構 / 耐荷機構 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，材料と構造の統合的アプローチにより，CFRP（炭素繊維補強プラスチック）構造部材の変形・耐荷性能の向上を行うことを目的とする．積層材料であるCFRPの材料設計の自由度は大きく，積層構成に応じて構造部材の変形・耐荷挙動も大きく変化する．ゆえにCFRPの部材設計手法の確立においては，積層複合材料の特性と部材中での負荷状態と損傷形態の双方を把握する必要がある．本研究では，材料要素実験，構造部材実験，画像計測，複合材料理論，有限要素解析を用いた統合的なアプローチを深化させて，変形・耐荷挙動の力学的メカニズムの解明をより詳細にし，CFRP構造部材の変形・耐荷性能の向上を行う．本研究は以下の3項目に沿って実施する．(1)離散的材料構造を考慮した解析手法の構築，(2)画像解析による負荷状態・破壊規準値の可視化精度向上，(3)破壊に対してねばり強い材料・部材の検討．
平成27年度においては，（1）～（3）において以下の成果を得た．
（1）については，GFRPを試検討対象として小規模の試験体により測定される材料特性と曲げ部材の変形・強度特性との関係を有限要素解析により明らかにした．またCFRPについて，損傷に伴う非線形性を考慮した曲げ部材の解析手法を構築し，実験で観察された挙動を概ね再現する結果を得た．
（2）については，画像解析の高密度化を行い局所的により詳細な検討を行い，適切なフィルターの使用により分布値の空間的変動を除去できることを確認した．
（3）については，まずCFRPの自主製造体制を固め，部材性能を向上させる最適な断面と積層構成の検討を小規模な試験体により検討した．また，積層構成と進行的破壊の関係を検討するために，模擬試験体による可視化実験を行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成27年度については，(1)離散的材料構造を考慮した解析手法の構築，(2)画像解析による負荷状態・破壊規準値の可視化精度向上，(3)破壊に対してねばり強い材料・部材の検討，について実施し，以下の成果を得た．
（1）については，GFRPを試検討対象として小規模の試験体により測定される材料特性と曲げ部材の変形・強度特性との関係を有限要素解析により明らかにした．またCFRPについて，損傷に伴う非線形性を考慮した曲げ部材の解析手法を構築し，実験で観察された挙動を概ね再現する結果を得た．
（2）については，画像解析の高密度化を行い局所的により詳細な検討を行い，適切なフィルターの使用により分布値の空間的変動を除去できることを確認した．
（3）については，まずCFRPの自主製造体制を固め，部材性能を向上させる最適な断面と積層構成の検討を小規模な試験体により検討した．また，積層構成と進行的破壊の関係を検討するために，模擬試験体による可視化実験を行った．
研究計画で当年度に予定していたことは概ね実施され成果が得られている．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度以降については，(1)離散的材料構造を考慮した解析手法の構築と(2)画像解析による負荷状態・破壊規準値の可視化精度向上，において，構築された解析手法によりこれまでに実施されたCFRP梁の変形・耐荷・終局挙動の解析を実施する．(3)破壊に対してねばり強い材料・部材の検討，については，自主製造による試験体により，最適な断面と積層構成の検討を行い，生体模倣による積層構造も検討を進める．
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Research Products
(9 results)
