2020 Fiscal Year Annual Research Report
Investigation on the deformation and strength characteristics of helicoidally laminated CFRPs towards the achievement of ductility and toughness
| Project/Area Number |
18H01515
|
|---|
| Research Institution | Hokkaido University |
|---|
Principal Investigator |
松本 高志 北海道大学, 工学研究院, 教授 (40301121)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
|
| Keywords | 構造工学・地震工学 / 土木材料 / 複合材料・物性 / 高靭性 / 生体模倣 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，らせん積層を有し粘り強い生体の外殻構造に着想を得て，人工物であるCFRP（炭素繊維強化ポリマー）積層複合材料と部材の脆性挙動の改善と粘り強い特性の獲得が可能かどうかを検討することを目的とする．CFRPは高強度で軽量であり，構造材料として望ましい特性を備えているが，材料および部材としての挙動が脆性的であり，線形挙動の後に突然の局所的な破壊を生じて，耐荷能力を急激に失う．現在多く用いられている直交積層や擬似等方積層等のCFRPが示す脆性的な挙動を改善し粘り強い特性を獲得できるならば構造材料として大きく可能性が広がる．本研究では，これまでの予備検討を踏まえて，CFRP積層複合材料のらせん積層構成について詳細なバリエーションを検討し，材料と部材の損傷・破壊機構を確認・考察し，CFRP構造部材の変形・耐荷性能の向上を行う．
令和2年度においては，以下の成果を得た．
小規模供試体の要素実験において，供試体短軸方向については負荷が少ないことより繊維量を減らせる可能性を踏まえて，0度から180度まで配向角度を変化させる積層構成（全方向）に対して，0度から±45度以内で配向角度を変化させる積層構成（部分方向）を検討した．さらに，板厚方向においても負荷が少ない中立軸面を考慮して，下面から上面まで配向角度を変化させる積層構成（全厚）と下面および上面からの表層部分でのみ変化させる積層構成（部分厚）についても検討した．破壊形態と，荷重－変位挙動，特性値を観察した結果，部分厚らせん積層においては，最終破壊が脆性的であったが，スキンのらせん積層部分から広範囲に損傷が始まり，コアの直交積層部分の脆性的な破壊挙動が抑制される挙動が見られた．一方で，比較対象とした直交積層は破壊が脆性的・局所的であった．最大荷重と初期剛性は，全方向全厚らせん積層よりも二種類の限定らせん積層の方が大きい値を示した．
|
| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
|
