Investigation of Very High Cycle Fatigue Property of CFRP Laminate by using Ultrasonic Fatigue Testing Machine

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K04071
• Research Institution: Shizuoka University
• Principal Investigator: 島村 佳伸 静岡大学, 工学部, 教授 (80272673)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 藤井 朋之 静岡大学, 工学部, 准教授 (30377840) ; 細井 厚志 早稲田大学, 理工学術院, 准教授 (60424800)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 炭素繊維強化プラスチック / 直交積層板 / 超音波疲労試験 / 超高サイクル

Outline of Annual Research Achievements

本研究は，金属の超高サイクル疲労試験に用いられている超音波疲労試験技術を応用して炭素繊維強化エポキシ積層板の加速疲労試験を実施し，炭素繊維強化エポキシ積層板の超高サイクル域での疲労挙動・疲労特性を解明することを目的とするものである．２０１９年度～２０２０年度にて超高サイクル疲労試験を実施し，超高サイクル域での疲労特性を取得するとともに，超高サイクル域におけるメゾスケール，ミリスケールの疲労挙動の観察を実施することを計画していた．
昨年度は擬似等方性積層板の超高サイクル域までの疲労試験を実施したため，本年度は，昨年度とは積層構成の異なる炭素繊維強化プラスチック直交積層板を対象に，20kHzで共振可能な試験片の設計を実施し，ウォータージエット加工により試験片の切り出しを実施し，試験片が実際に超音波疲労試験機で共振可能なことを確認した．その後，疲労試験を実施し，10^8回までの疲労特性を取得した．本年度はさらに，疲労試験を定期的に中断し，光学顕微鏡により試験片の側面観察を実施することで，マトリックス割れの発生寿命についても観察した．その結果，マトリックス割れの発生寿命は疲労破損寿命の20%以下であり，負荷レベルによらないことを確認した．また，昨年度に導入した顕微サーモグラフィカメラにオプションレンズを装着し，観察分解能を25μｍから17μｍに向上させて，昨年と同様の検討を実施し，最大応力部の微視的温度分布のその場観察が可能であることを確認した．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初計画の「①超高サイクル域での疲労特性を取得」については，２０２０年度～２０２１年度の２年間で，擬似等方性積層板，直交積層板の10^8回までの疲労特性の取得が出来た．さらに「②超高サイクル域におけるメゾスケール，ミリスケールの疲労挙動の観察」についても，高い分解能での最大応力部の微視的温度分布のその場観察が可能であることを確認でき，２０２１年度に十分な余裕を持って研究に取り組めるため．

Strategy for Future Research Activity

予定通り研究が進捗しているため，２０２１年度は，超高サイクル域におけるメゾスケール，ミリスケールの疲労挙動の観察を中心に実施するとともに，超高サイクル域での疲労損傷発生下限界と，微視的発熱との関係を検討する．