2021 Fiscal Year Research-status Report
高分子基複合材料の衝撃負荷下における層間せん断特性及び層間破壊じん性評価法の確立
| Project/Area Number |
19K05041
|
|---|
| Research Institution | Okayama University of Science |
|---|
Principal Investigator |
中井 賢治 岡山理科大学, 工学部, 教授 (70388924)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | 層間せん断特性 / 修正イオシペスクせん断試験片 / ホプキンソン棒法 / ひずみ速度 / 負荷様式 / 走査型電子顕微鏡 / 層間破壊じん性 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
令和元年度に考案した修正イオシペスクせん断（MISS）試験片の寸法を見直すため、再度応力解析を行ない、せん断面でより一様な純粋せん断応力が作用する試験片各部の寸法を決定した。その試験片を使用して、ホプキンソン棒法により、一方向強化カーボン／エポキシ積層複合材の衝撃圧縮及び引張りせん断荷重－変形関係を決定し、その最大荷重から静的な評価式に基づいて、衝撃層間せん断強度を決定した。また、試験片のせん断面中央に2軸ひずみゲージを貼り付け、試験中のせん断ひずみを精密に測定した。さらに、同一形状のMISS試験片を使用して、市販のインストロン社製万能試験機により静的圧縮及び引張りせん断試験を行ない、それから得た層間せん断強度と破壊ひずみの比較により、ひずみ速度の影響を明らかにした。
以上の結果より、一方向強化複合材の層間せん断特性（強度及び破壊ひずみ）は、負荷様式（引張りと圧縮）にかかわらず、0.0001～0.1/sの範囲で破壊時のひずみ速度が上昇するにつれて増加するが、0.1～100/sの範囲では顕著に低下することがわかった。また、どのひずみ速度においても、層間せん断特性に及ぼす負荷様式の影響はほとんど認められなかった。測定結果の妥当性を微視的立場から考察するため、MISS試験片の静的・衝撃圧縮及び引張り破壊面を走査型電子顕微鏡（SEM）により観察した結果、両破面における微視的破壊モード（層間はく離）にはわずかな差が認められた。
また、JISに規定された端面切欠き試験片を使用して、万能試験機による3点曲げ試験を行ない、モードⅡ静的層間破壊じん性値を決定した。現在、衝撃負荷下における層間破壊じん性値を求めるため、ホプキンソン棒装置を改良して衝撃3点曲げ試験を行なう準備をしている。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の予定では、令和3年度中に衝撃3点曲げ試験装置の製作と静的及び衝撃層間破壊じん性のデータ値の取得を行なう予定であったが、修正イオシペスク試験片寸法の見直し・再度の応力解析そして破壊ひずみを計測するため試験片にひずみゲージを貼り付けて、再度静的及び衝撃圧縮・引張り層間せん断試験試験を実施していたため、大幅に時間を要した。そのため、令和3年度では、新たな寸法の修正イオシペスク試験片を使用した層間せん断特性（強度と破壊ひずみ）の決定とそれに及ぼすひずみ速度と負荷様式の影響を調べたのと、静的な層間破壊じん性値の決定しかできていない。
|
| Strategy for Future Research Activity |
モードⅡ層間破壊じん性の速度依存性を精度良く評価するために、JISに規定された端面切欠き曲げ試験片（ENF：End Notched Flexure Specimen）を使用して、インストロン社製万能試験機により3点曲げ試験を複数回行い、データを蓄積する予定である。また、現有のホプキンソン棒を応用して衝撃3点曲げ試験を実施可能な装置の製作を行ない、衝撃層間破壊じん性値の取得を早期に行ないたいと考えている。
|
| Causes of Carryover |
次年度使用額が生じた理由として、今年度製作予定だった衝撃層間破壊じん性を測定するための曲げ試験片が研究進捗の遅れで不要となったためである。また、翌年度分として請求した助成金と合わせた使用計画としては、上記曲げ試験片製作費や試験用治具を購入する予定にしている。
|
