2014 Fiscal Year Annual Research Report
ＸＦＥＭによる複合材料構造の損傷進展解析手法の開発
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24560079
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| Research Institution | Sophia University |
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Principal Investigator |
長嶋 利夫 上智大学, 理工学部, 教授 (10338436)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
末益 博志 上智大学, 理工学部, 教授 (20134661)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | XFEM / CFRP / 層間はくり / マトリクス割れ / 結合力モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでに開発した二次元、準三次元、三次元XFEM解析プログラムを用いて、CFRP積層板を対象とした検証解析を実施した．積層板の損傷として、層間はく離とマトリクス割れを想定し、層間はく離は通常のFEMで用いられるインターフェース要素で、マトリクス割れはXFEMによるヘビサイド関数を拡充した内挿関数でモデル化される．インターフェース要素やXFEMにおいて有限要素と独立にモデル化される不連続面においては、結合力モデルが導入される．
開発プログラムはFEMで空間離散化された平衡方程式を解くために、陰解法と陽解法が選択的に利用可能である．損傷解析において、陰解法では収束解が得られない場合には、動的陽解法を用いた準静的解析を実施した．その際、マススケール法や載荷速度を大きくすることにより計算時間を短縮する方法について検討した．
まず、はり理論などによる参照解がある問題として、DCB, ENF, FRMM, TCT試験片のはく離進展問題を開発プログラムで実施することにより、その解析性能の妥当性を確認した．
つぎに、CFRP積層板の典型的な損傷である層間はく離とマトリクス割れが連成した問題として、CFRP積層板の基本的な強度試験であるNHT, OHT試験を対象とした損傷進展解析を実施した．得られた結果は、文献に記載された試験結果や解析結果とほぼ整合していることを確認した．とくに試験片の寸法効果を検証するための損傷進展解析は、二次元モデルを板厚方向に押し出して得られる準三次元モデルを用いることによって効率的に行えることを実証した．さらに、低速衝撃荷重を受けるCFRP積層板の損傷進展解析に適用し、既存の実験結果や文献に記載された結果との比較を行った．得られた結果は、定性的にはほぼ妥当な結果となっていることを確認した．
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