Non-destructive evaluation of micro fatigue damage in CFRP by positron annihilation line-shape and lifetime analyses

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K14114
• Research Institution: Gifu University
• Principal Investigator: 植松 美彦 岐阜大学, 工学部, 教授 (80273580)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 柿内 利文 岐阜大学, 工学部, 准教授 (20452039) ; 大谷 章夫 京都工芸繊維大学, 繊維学系, 准教授 (80569533)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 疲労 / CFRP / 損傷評価 / 非破壊検査 / 陽電子消滅

Outline of Annual Research Achievements

熱可塑性樹脂PA66をマトリックスとし，綾織り炭素繊維束を強化材としたCFRTPを作製し，供試材とした．前年度，短冊形試験片に最小断面部が生じるような浅い切欠きをウォータージェット加工によって導入し，疲労損傷評価を行った．しかし，疲労損傷が最小断面部全体で発生するため，損傷の検出精度が必ずしも高くなかった．そこで今年度は，最小断面部に直径0.7mmの円孔切欠きを導入し，疲労損傷が切欠き底部で集中的に発生するような形状とすることで，計測精度の向上を試みるとともに，陽電子消滅パラメータと疲労損傷過程の相関について検討した．陽電子消滅パラメータとしては，陽電子が消滅するまでの陽電子寿命および，消滅時のγ線エネルギー分布から定義されるSパラメータを用いた．
まずは，円孔切欠き材の疲労試験を実施してS-N線図を取得し，1000万回の応力繰返しでも破断しない疲労限度応力を決定した．その後， 1000，1万，10万，100万，1000万回の疲労限度応力を付与した試験片を作製し，それぞれの試験片について陽電子消滅測定を行った．また陽電子消滅測定後，疲労損傷の観察を行った．その結果，陽電子寿命については応力繰返しとともに大きな変化は見られず，1000万回繰返し時にわずかに上昇した．一方，Sパラメータについては，初期状態から応力1000回の繰返しで大きく上昇し，その後の繰返しによって徐々に減少する傾向が見られ，疲労損傷の蓄積と各陽電子消滅パラメータに相関が認められた．円孔切欠き底部の疲労損傷を確認したところ，応力集中によって応力繰返しの初期から比較的大きなトランスバースクラックが認められ，繰返し数の増加とともに切欠き底のき裂数も増加することが確認された．すなわち，Sパラメータは初期損傷を明瞭に捕らえることができた．陽電子寿命が初期損傷に不敏感であった原因については，今後の検討課題である．