2018 Fiscal Year Research-status Report
炭素繊維強化プラスチックのマトリックス樹脂選択指針の構築
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18K04721
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
山本 剛 東北大学, 工学研究科, 准教授 (30436159)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 炭素繊維強化プラスチック / 複合材料 / 自己組織化マップ / 強度予測 / 応力集中 / フラグメンテーション試験 / 数値解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、現在の炭素繊維強化プラスチック(CFRP)の力学的特性の停滞をブレークスルーするためには、「どのような物性を有する樹脂をCFRPのマトリックス材として選択すべきか？」の命題に対して明確な答えを提示することを目的として、破断繊維に隣接する繊維表面の応力集中緩和を誘起するマトリックス樹脂を発見し，マトリックス樹脂のどの物性が支配因子であるかを明らかにすることを行う。研究目的を達成するために、3つの研究課題を設定している。
(課題1)マトリックス樹脂の力学的特性評価
(課題2)フラグメンテーション試験とばね要素モデルによる応力集中係数の推定
(課題3)サイズスケーリング手法による強度予測と実験手法による強度・弾性特性評価
平成30年度は、(課題1)主剤と硬化剤の配合量を変化させて作製した4種類のマトリックス試験片の強度・弾性特性ならびに変形特性の測定を行った。データマイニング手法の一つである自己組織化マップの作成に用いる基礎データを取得した。(課題2)課題1で基礎物性を取得した4種類のマトリックス樹脂を用いて、炭素繊維を1から4本含むマルチファイバーフラグメンテーション試験片を作製した。フラグメンテーション法とばね要素モデルを用いることで、破断繊維に隣接する繊維表面に生じる応力集中係数を定量的に推定することに成功し，さらには、マトリックス種によりその値が異なることがわかった。(課題3)課題1で基礎物性を取得した4種類のマトリックス樹脂を用いて、炭素繊維が一方向に配向した一方向材を作製した。課題2で推定した応力集中係数を一方向材の強度予測に用いることで、マトリックス樹脂の種類によらず実験から得られた一方向材の強度を高い精度で予測できることがわかった。
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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
交付申請書に記載した平成30年度の研究実施計画に対して、研究実績の概要で記載した成果を挙げることができており、おおむね順調に進展していると判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究を遂行する上で特に大きな問題点は無い。したがって、平成31年度も研究計画を変更することなく、研究計画調書に記載した3つの研究課題をスケジュールに沿って遂行をしていく予定である。特に、マトリックス樹脂材料のどの物性が、破断繊維に隣接する繊維表面の応力集中の支配因子であるか不明であることから、課題1に関する研究に注力する。
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| Causes of Carryover |
当初、2018年12月22から24日の予定で福井大学で開催された日本機械学会M&M2018材料力学カンファレンスに参加をして、研究成果の一部を口頭発表する予定であったが、強度予測手法の構築に関する成果を当初の計画以上に進展させることができたことから、平成30年度中に2本の査読付き国際論文を執筆し投稿することとした。このため、研究成果の発表は次年度に行うこととし、未使用額はその経費に充てることにした。
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Research Products
(2 results)
