2023 Fiscal Year Annual Research Report
疲労負荷下CFRPにおけるエントロピー損傷に基づく余寿命・残存強度予測法の構築
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21KK0063
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
小柳 潤 東京理科大学, 先進工学部マテリアル創成工学科, 教授 (60386604)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
樋口 諒 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任准教授 (00815946)
佐藤 光桜 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 航空技術部門, 研究開発員 (90914664)
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| Project Period (FY) |
2021-10-07 – 2024-03-31
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| Keywords | CFRP / 繰り返し負荷 / エントロピー / 強度低下 / 有限要素解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
炭素繊維強化プラスチック（CFRP）の疲労損傷と強度低下のシミュレーションに焦点を当てた一連の研究を行った。この研究では、まずCFRPプライの強度と破壊エネルギーの低下を定義する新しい数値モデルを開発した。このモデルは、応力とひずみの履歴に基づき、エントロピー生成を利用してこれらのパラメータを算出する。具体的には、応用されたエネルギーが機械的に散逸する過程で生じるエントロピーの増加を計測し、それに基づいて材料の強度低下や破壊エネルギーの減少をモデル化した。これにより、Hashinの破壊基準に基づく従来のアプローチを拡張し、より現実的な挙動の予測が可能となった。
開発したモデルを用いて、次にCFRPのクロスプライ・ラミネートにおける疲労ダメージの蓄積を解析する実験を行った。この応用解析では、特に繰り返し荷重が材料に与える影響を詳細に調査した。解析の結果、高頻度のローディング条件下でのCFRPの挙動が従来のモデルでは捉えられない疲労損傷の蓄積や強度低下が明らかになった。また、エントロピーに基づくモデルは、従来のパリスの法則に代わるものとして、ロードの頻度による影響も正確に予測することが可能であることが示された。
これらの研究成果は、CFRPの設計と評価において、より信頼性の高い耐久性予測を提供する。また、実際の構造物の使用環境において予期される様々な負荷条件下での材料の挙動を、数値シミュレーションにより予測するための基盤を確立した。この一連の研究は、CFRPを使用した製品の信頼性向上と寿命予測の精度を高めることに寄与するであろう。
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