2018 Fiscal Year Annual Research Report
Design Criterion and Improvement of Durability of Carbon Fiber Reinforced Composites Fastened by Bolt
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15K06471
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
大窪 和也 同志社大学, 理工学部, 教授 (60319465)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤井 透 同志社大学, 研究開発推進機構, 嘱託研究員 (20156821)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 複合材料 / 締結 / ボルト / 微細ガラス繊維 / 締結力 / 継手効率 / 疲労寿命 / エネルギ解放率 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では一般用途だけではなく，長期間の実働荷重を受ける構造用途に用いられるCFRP（炭素繊維強化プラスチックス）材を汎用ボルトを用いて金属部材と締結する場合の，疲労現象を考慮した設計規準を社会に提唱すると共に，その疲労耐久性を高めるためにボルト締結部での構造変化をもたらすような新しい施工方法を開発し，CFPR材を実際に広く平易に利用できる技術環境を提供する事を目的として研究を行った．
研究計画に従い，研究の初年度にはCFRP材を金属部材とボルト締結した場合の疲労損傷過程を把握する研究実験環境を整備した上で，締結部の基本的な構成仕様を変化させた場合のマクロな特性の変化やそのミクロな損傷過程の力学的な留意点を明確化した．２年目以降においては，継手部の力学的な問題点を解消するための対策案を立案実証し，切断された強化繊維への適切な荷重の流れを得るために予め母材への微細ガラス繊維を添加しておく手法や，微細ガラス繊維を含有させた弾性カラーの併用の効果を明らかにした．検討の結果，特にボルトの締結力が小さい場合のボルト穴近傍での損傷抑制にこれらの手法が有効であり，いわゆるボルト力の緩和や締め忘れの際の大きな強度低下を防止する安全材として有効である事を明らかにした．またボルト近傍からの損傷現象をき裂進展現象と見なした上で，破壊力学で言うエネルギ解放率を用いて継手強度の違いをより明瞭に記述できる設計規準を提唱した．さらに本研究の最終年度にはCFRTP（炭素繊維強化熱可塑性プラスチックス）材を対象に，よりその継手強度を向上させるための独自の提案として，バイトプレート（突起を表面に有する金属板）と，微繊維を添加した母材と同材質な樹脂フィルムを併用し，それらを加熱及び加圧する事で継手部を局所的に一体構成する新締結手法を開発した．この構造の採用により疲労耐久性が改善できる事も明らかにした．
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