2022 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
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19K05041
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| Research Institution | Okayama University of Science |
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Principal Investigator |
中井 賢治 岡山理科大学, 工学部, 教授 (70388924)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| 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 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和3年度に再考案した修正イオシペスクせん断（MISS）試験片を使用して、ホプキンソン棒装置により、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、さらに画像相関法を導入して、試験中のせん断ひずみを精密に測定した。同一形状のMISS試験片を使用して、市販の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・中速破壊面を走査型電子顕微鏡（SEM）により観察した結果、低速（0.0001/s）では繊維／樹脂界面での破壊が支配的で、中速（0.1/s）ではそれに加えて繊維のまわりの樹脂部に多数の小さな毛羽立ちが認められた。衝撃では試験片形状と応力波伝ぱの関係で、入力棒側からき裂が発生・破壊し、せん断面中央での破壊が困難なため、今後試験片形状や負荷方法を再検討する予定である。
また、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、万能試験機とホプキンソン棒装置により3点曲げ試験を実施し、モードⅡ静的及び衝撃層間破壊じん性値を測定・データの蓄積を行なっている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
当初の予定では、令和4年度中に静的及び衝撃層間破壊じん性値の取得及びそれの負荷速度依存性の考察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精密に計測するため新たに画像相関法を導入して、再度静的及び衝撃圧縮・引張り層間せん断試験を実施していたため、大幅に時間を要した。そのため、現在は静的及び衝撃層間破壊じん性値の取得・データの蓄積を行なっているが、それの速度依存性の考察まではできていないため、補助事業期間を1年延長してその内容に取り組んでいく予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
モードⅡ層間破壊じん性の負荷速度依存性を精度良く評価するために、ENF試験片を使用して、万能試験機とホプキンソン棒装置により3点曲げ試験を複数回行い、データを蓄積して、層間破壊じん性に及ぼす負荷速度の影響の調査及び巨視的・微視的破壊モードの考察を早期に行ないたいと考えている。
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