2023 Fiscal Year Annual Research Report
高輝度放射光による短繊維GFRPのひずみ・結晶化度測定と疲労寿命評価手法の確立
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21K03778
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| Research Institution | Meijo University |
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Principal Investigator |
清水 憲一 名城大学, 理工学部, 教授 (50294434)
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2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 短繊維GFRP / X線応力測定 / 高輝度放射光 / 高輝度放射光 / マイクロメカニックス / 引張強さ / 疲労特性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
PPSをガラス短繊維で強化したGFRPの射出成形平板から，繊維が射出方向に配向した表面層のみの試験片を作成し，引張負荷に伴う母相応力の変化をX線測定で計測した．その結果，X線測定によって短繊維GFRPの母相応力が測定できることを示し，母相応力と負荷応力の比例定数から母相の応力分配係数を決定できた．また，断面の繊維形状観察から繊維の配向テンソルを求め，繊維配向のばらつきを考慮したマイクロメカニックスによって，複合材の弾性定数を予測した．繊維が完全に一方向に配向した場合の解析値に比べて，より実験値に近い値が得られたことから，この方法の有効性が確認できた．さらに，この方法によって求めた応力分配係数の解析値は，X線測定で得られた実験値に近い値を示し，応力分配係数が正しく評価できることがわかった．
このマイクロメカニックス解析に基づく樹脂相応力評価方法を用いて，GFRPの破断時の樹脂相応力を予測し，その疲労特性を支配する力学因子について検討した．その結果，負荷応力の増加とともに樹脂相応力は線形的に増加し，破断直前まで繊維と樹脂相のはく離は生じないことが予測された． また，S-N線図を用いて疲労特性を比較した結果，繊維が負荷方向に配向した0°材はPPS材よりも高い疲労強度を示したが，直交方向に配向した90°材はPPS材よりも低下し，静的な破断強度と同様の傾向を示した．これに対して，マイクロメカニックスを用いて的破断時の樹脂相応力を評価した結果，0°材と90°材は，両者の相当応力はほぼ等しいが，PPS材の引張強さに比べると小さく，SGFRPでは樹脂相における応力集中部が破壊強さを低下させることがわかった．さらにGFRPのS-N線図の縦軸を，樹脂相の相当応力とした場合，0°材と90°材のS-N関係はほぼ一致した．これはGFRPの疲労特性が引張強さと相関することの物理的根拠と考えられる．
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