2018 Fiscal Year Research-status Report
Modifying the Interlaminar Properties of Carbon Fibre Composites by Introducing a Variety of Mesh Layers
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18K04563
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
中谷 隼人 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (90584417)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | CFRP / メッシュ構造 / 層間破壊靱性 / き裂進展 / ファイバメタル積層材 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では，高分子や金属でできた種々のメッシュ層をCFRP積層板に挿入することで，CFRP積層板の補修部や接着界面部など，必要な箇所のみのCFRPの層間特性や界面特性を用途に応じてモディファイする技術の実現を目指す．研究初年度は，層間メッシュ層導入による，層間き裂の進展挙動の変化やこれに伴う層間破壊靱性の向上，および積層板および構造全体の強度や破壊に及ぼす影響を実験的に明らかにすることを目的とした．
まず，1方向CFRP積層板にポリアミド(PA)メッシュを挿入することにより，層間でのき裂進展がメッシュに沿った複雑な経路をとることで層間破壊靱性が向上し，特にモードIIのき裂進展においては，き裂進展過程の破壊靱性値が約3倍となることを示した．また，挿入するメッシュの形状パラメータとして開口率に注目し，これがき裂進展挙動の複雑化に及ぼす影響を明らかにした．さらには，3Dプリンタを用いて任意形状のメッシュ層を導入し，層間破壊挙動の制御に関する検討も始めた．
次に，層間メッシュ層導入によるCFRP積層板やCFRP構造の機械的特性の改善への取り組みとして，まず，CFRPアングルプライ積層板の層間にメッシュ層を導入することで破壊につながる層間はく離を抑制し，その分，母材き裂を蓄積し大変形を示すことを明らかにし，この損傷の蓄積を簡単な損傷解析モデルにより説明した．また，CFRP積層板スカーフ補修部への適用も検討したが，補修部強度を改善するにはメッシュの配置方法に課題が残った．
最後に，層間メッシュ層にチタンメッシュを用いることで，新規のファイバメタル積層材(FML)としてCFRP/チタンメッシュ積層板を提案した．FMLではFRP/金属界面でのはく離が常に問題視されるが，メッシュ構造の採用による界面形状の複雑化が，界面はく離の発生を抑制することを，3点曲げ試験や面外衝撃試験により実証した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
CFRP積層板に高分子メッシュ層を導入することによる層間破壊靱性の向上を実証したほか，この層間高靱性化がCFRP積層板やCFRP構造全体の強度や損傷挙動に及ぼす影響も評価し，期待した成果が得られたことから，初年度の計画をほぼ達成できた．また，研究2年目での実施を計画していた，3Dプリンタで作製した任意形状の層間メッシュ層の導入による層間破壊挙動制御に関する検討や，金属メッシュを用いたCFRP/チタンメッシュ積層板を対象とした評価にも取り組み始めることができたため，当初の計画以上に進展していると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの準静的な試験による評価だけでなく，疲労負荷のもとでの層間メッシュ層周辺のき裂進展挙動の評価に取り組む．また，層間メッシュ層を導入したCFRP積層板やCFRP構造を対象とした疲労試験も実施し，層間高靱性化が疲労損傷挙動や疲労寿命に及ぼす影響を明らかにしていく．同時に，層間メッシュ層導入による層間高靱性化のメカニズム解明に向けて，実験と数値解析の両面からアプローチする．任意形状のメッシュ層導入による層間破壊挙動制御，CFRP補修部での強度改善，金属メッシュを用いたファイバメタル積層材の機械的特性評価についても引き続き取り組む．
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| Causes of Carryover |
計画していた疲労試験用油圧サーボ試験機の修理と補正に追加の経費が必要であることが判明したためこれを見送り，当該予算の一部を高倍率マイクロスコープの購入に充てたが，残額として次年度使用額が生じた．2019年度請求分の助成金と合わせて，主にCFRPの成形・加工や評価試験のための材料費や消耗品費として有効活用する．
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