2019 Fiscal Year Research-status Report
Evaluation of Internal Fatigue Damage in Short Fiber Reinforced Plastics by Transmission X-Ray Diffraction
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18K03852
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| Research Institution | Meijo University |
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Principal Investigator |
清水 憲一 名城大学, 理工学部, 教授 (50294434)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 短繊維GFRP / 放射光 / X線 / ひずみスキャンニング法 / マイクロメカニックス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
結晶性熱可塑性樹脂PPSを，ガラス短繊維で強化したGFRPの射出成形平板の側面から放射光による単色X線を入射し，透過法によるひずみスキャンニング法を用いて，PPS相の板厚方向ひずみ分布を測定した．引張負荷に対するPPS相のひずみ分布の変化を測定し，マイクロメカニックスおよび有限要素法による解析と比較した．以下に得られた主な結果をまとめる．
(1) ひずみスキャンニング法により，板厚1mmの射出成形平板の表面の射出方向に繊維が配向したシェル層（厚さ0.4 mm），および中央の直交方向に繊維が配向したコア層（厚さ約0.2 mm）の，各層内のひずみを分離して測定することが可能であった．
(2) 引張負荷に伴う母相ひずみの負荷方向の変化率は，繊維方向の方が，繊維と垂直方向より小さいが，大略負荷軸方向のマクロひずみ変化率に等しく，ひずみ一定モデルに近い変形をした．一方，板厚方向の母相ひずみは負荷ひずみとは逆に比例的に減少した．
(3) 一方向配向材のマイクロメカニックスを用いて求めた引張負荷による母相のひずみ変化率は，X線による実測値と比較すると，繊維と90°方向に負荷した場合，負荷方向および板厚方向ともに変化率は大きい．これは，板厚方向に繊維配向が分布した3層積層構造に起因すると考えられる．
(4) 射出成形平板をシェル層とコア層からなる3層積層構造からなるFEMモデルで，引張負荷に伴うひずみ変化率を解析し，マイクロメカニックスで母相のひずみに変換した．ひずみ変化率の解析結果はX線実測値とよく一致した．
(5) 無負荷状態で内在する熱ひずみの実測値は，繊維配向によらず零に近い値であった．これはマイクロメカニックスによる予測より小さく，今後マイクロメカニッククスとFEMを組み合わせた解析が必要である．
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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
短繊維GFRPの射出成形平板の側面から放射光による単色X線を入射し，透過法によるひずみスキャンニング法を用いて，PPS相の板厚方向ひずみ分布を測定し板厚1mmの平板の表面の射出方向に繊維が配向したシェル層（厚さ0.4 mm），および中央の直交方向に繊維が配向したコア層（厚さ約0.2 mm）の，各層内のひずみを分離して測定することに成功した．その結果，引張負荷に伴う母相ひずみの負荷方向の変化率は，繊維方向の方が，繊維と垂直方向より小さいが，大略負荷軸方向のマクロひずみ変化率に等しく，ひずみ一定モデルに近い変形を生じることがわかった．一方，板厚方向の母相ひずみは負荷ひずみとは逆に比例的に減少した．これに対して，一方向配向材のマイクロメカニックスを用いて求めた引張負荷による母相のひずみ変化率は，X線による実測値と比較すると，繊維と90°方向に負荷した場合，負荷方向および板厚方向ともに変化率は大きかった．これは，板厚方向に繊維配向が分布した3層積層構造に起因すると考えられる．そこで，射出成形平板をシェル層とコア層からなる3層積層構造からなるFEMモデルで，引張負荷に伴うひずみ変化率を解析し，マイクロメカニックスで母相のひずみに変換した．ひずみ変化率の解析結果はX線実測値とよく一致すること示した．
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| Strategy for Future Research Activity |
無負荷状態で内在する熱ひずみの実測値は，繊維配向によらず零に近い値であった．これはマイクロメカニックスによる予測より小さく，今後マイクロメカニックスとFEMを組み合わせた解析が必要であることが示唆された．今後，繊維配向状態がより複雑なウェルド部を有する材料について同様の実験を行い，繊維配向状態を加味したFEM解析によって得られたGFRP繊維とPPS樹脂相のひずみ分布の解析結果と，X線ひずみスキャンニング法による実験結果を比較する予定である．
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