2022 Fiscal Year Annual Research Report
Initiation of kink-band failure of a unidirectional CFRP due to microscale fiber undulation
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20K04184
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
上田 政人 日本大学, 理工学部, 准教授 (80434116)
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2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 炭素繊維強化プラスチック / 圧縮強度 / キンクバンド |
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| Outline of Annual Research Achievements |
一方向炭素繊維強プラスチック（CFRP）の繊維方向圧縮破壊（キンクバンド破壊）の発生メカニズムを究明して，その圧縮強度を向上させる方策を得ることを目的としている．
1年目は，CFRPの繊維方向圧縮破壊の起点となる領域を予測するための感度解析手法を提案した．実際のCFRPの繊維うねり角分布に従うランダムなうねりを有する数値解析モデルを構築して圧縮破壊シミュレーションを実施し，この数値シミュレーションをベースに感度解析による圧縮破壊の起点の予測方法を提案することによって，圧縮破壊の起点に与える影響の大きい因子を定量的に明らかにした．
2年目は，X線コンピュータ断層撮影装置を用いてCFRPの断層画像を取得して，各繊維のうねりを求めることにより，実際の繊維の揺らぎを再現したCFRPの3次元モデル（デジタルツイン）を構築した．有限要素法により圧縮強度を求める数値シミュレーションを実施した結果，実験による圧縮強度と良く一致することを示した．また，デジタルツインの作成精度についても検討を実施した．
最終年度には，CFRPの繊維うねりによる初期不整角のばらつきを考慮に入れて，その繊維方向圧縮強度を予測する解析モデルを提案した．これまでは一様な繊維うねりまたは一定の初期不整角を有する現実とは異なるモデルが用いられており，CFRPの内部においてキンクバンド破壊の起点となる領域でどのような繊維配列状況になっているかについては不明であり，キンクバンド破壊が形成されるきっかけは明らかになっていなかった．本研究では繊維うねりによる初期不整角のばらつき分布を考慮に入れた解析モデルを構築することによって，初期不整角の大きな繊維群から順次圧縮荷重の分担力が低下し，初期不整角が0.5度の繊維群が圧縮荷重を支持できなくなることによって，CFRPが全体としての最終破壊を生じることを明らかとした．
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Research Products
(1 results)
