2023 Fiscal Year Annual Research Report
粘弾性・粘塑性解析に基づく炭素繊維強化熱可塑性樹脂の強度解析
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21K03753
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| Research Institution | Shibaura Institute of Technology |
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Principal Investigator |
坂上 賢一 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (40383509)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 複合材料 / 熱可塑性樹脂 / 粘弾性 / 粘塑性 / 寿命予測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，炭素繊維強化熱可塑性樹脂（CFRTP）の力学挙動・破壊挙動を熱可塑性樹脂の本質的な特性である粘弾性・粘塑性に基づいてシミュレーション可能な数値解析法を確立することである．
本年度までに，ポリアミド6（PA6）およびポリブチレンテレフタレート（PBT）の粘弾性・粘塑性挙動から，非線形粘弾性と塑性または粘塑性を組み合わせた力学モデルにより熱可塑性樹脂の時間依存力学挙動を最もよく再現できることを明らかにしてきた．また，新たな熱可塑性樹脂の力学特性の評価方法として，応力負担モデル（Global Load Shearingモデル）および拡張Global LoadShearingモデルにより，一方向強化熱可塑性樹脂の引張強度の温度依存性と強度のばらつきを予測できることを明らかにしてきた．
本年度は，熱可塑性樹脂の力学挙動のモデル化の応用として，単軸引張負荷の降伏によるネッキングと分子鎖配向に起因する弾塑性異方性の力学挙動について検討した．その結果，分子鎖配向に起因する弾塑性異方性は，異方性弾性，Hillの異方性降伏条件，異方性ひずみ硬化挙動の組み合わせによって表現できることを示唆した．また，拡張Global LoadShearingモデルによる一方向強化熱可塑性樹脂のクリープ寿命予測法について検討した．その結果，引張強度の温度依存性性，マトリクス樹脂の時間-温度換算則におけるシフトファクター，クリステンセン理論を組み合わせて予測されるクリープ寿命は，クリープ試験の結果とよく一致することが明らかになった．したがって，熱可塑性樹脂の粘弾性・粘塑性に基づく一方向強化熱可塑性樹脂の強度・寿命予測法を確立することできた．
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