Predictions of remaining lifetime and residual strength of CFRP under cyclic loading based on entropy damage criterion

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21KK0063
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 18:Mechanics of materials, production engineering, design engineering, and related fields
• Research Institution: Tokyo University of Science
• Principal Investigator: Koyanagi Jun 東京理科大学, 先進工学部マテリアル創成工学科, 教授 (60386604)
• 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)
• Project Period (FY): 2021-10-07 – 2024-03-31
• Keywords: CFRP / 疲労 / エントロピー / 数値シミュレーション

Outline of Final Research Achievements

This study developed the world's first model for simulating the fatigue characteristics and strength degradation behavior of carbon fiber reinforced plastics (CFRP) based on entropy. The model incorporates an entropy-based strength degradation scheme, allowing for the simulation of strength reduction and delayed failure without an increase in strain. Using this model, the fatigue failure of CFRP was simulated, and numerical analyses were conducted considering the effects of different stress ratios and frequencies. The results obtained are consistent with experimental findings, providing a new approach for numerically predicting the long-term durability of CFRP. This research enhances the design efficiency of CFRP structures and contributes to the Sustainable Development Goals (SDGs).

Free Research Field

複合材料工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は、炭素繊維強化プラスチック（CFRP）の長期耐久性をエントロピーに基づいて数値的に予測する新しいアプローチを提供する。従来の実験的手法に代わり、信頼性の高い数値モデルを用いることで、CFRP構造物の設計と評価の効率が大幅に向上する。このモデルは、疲労特性や強度低下挙動の詳細なシミュレーションを可能にし、異なる応力条件や環境下でのCFRPの挙動を予測するツールとして有用である。また、この研究は持続可能な開発目標（SDGs）に貢献し、材料の使用寿命を延ばし、資源の効率的な利用を促進することで、環境負荷の低減にも寄与する。