2023 Fiscal Year Annual Research Report
Design of Pseudo-ductility in Fibre Reinforced Composites by Controlling Interlaminar Properties
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21K04482
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| Research Institution | Osaka Metropolitan University |
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Principal Investigator |
中谷 隼人 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (90584417)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 炭素繊維複合材料 / 擬似的延性挙動 / フラグメンテーション / 層間破壊靭性 / アコースティックエミッション / 界面強度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最終年度はまず，微小損傷蓄積による擬似的延性のきっかけとなる繊維不連続部と層間メッシュ層の切り込み部を面内方向の2次元的配置により複数個所導入することで，各スポット周辺にて同程度のフラグメンテーションが発生し，材料全体のグローバルな大ひずみの発現につながることを実験的に示した．さらに，層間メッシュ層を有するCFRP積層板の引張負荷中のAE測定を実施し，材料内部で発生する各損傷モード（特に層間メッシュ層として用いたポリアミド（PA）メッシュに関連する界面はく離等）のAE周波数帯域を分類することに成功した．これに基づき引張負荷中のフラグメンテーションを評価し，一般的なCFRP積層板の破断ひずみ領域に達しても，層間メッシュ層が大規模な層間はく離を抑制しつつPA/エポキシ界面はく離等の微視的損傷を層間メッシュ層周辺に蓄積することで破断せず，これが擬似的延性につながることを示した．
研究期間全体を通して，アングルプライCFRP積層板に繊維不連続部を有する0°層とPAメッシュを用いた層間メッシュ層を導入することで，繊維不連続部周辺での微小損傷の発生・蓄積をコントロールし，ある程度の強度を有しつつ材料全体での擬似的な延性の発現が可能であることを詳細な損傷観察やAE測定によって示した．また，アングルプライCFRP積層板が応力集中部を有する場合に，層間メッシュ層の導入が残留引張強度の低下を10%未満にとどめ，さらに応力集中部の影響を緩和し材料全体での微小損傷蓄積を実現することで疲労寿命が大幅に向上することも示した．
このように，CFRP積層板での擬似的延性の発現や，このエネルギー吸収能を利用した応用についても扱うなど，層間メッシュ層の導入により従来とは異なる特性を発現するCFRP積層板の新たな材料デザイン手法を展開するに至り，CFRP構造の更なる普及に向けて意義のある成果が得られた．
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