2014 Fiscal Year Annual Research Report
| Project/Area Number |
25289004
|
|---|
| Research Institution | Kyoto University |
|---|
Principal Investigator |
北條 正樹 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70252492)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西川 雅章 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60512085)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
|
| Keywords | 計算画像診断 / 先進複合材料 / 複雑系マイクロメカニクス / 力学微視構造 / 変形評価 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
複合材料の構造成形におけるプリフォーム技術の高度化のためには，繊維・樹脂から成る力学微視構造に依存する三次元微視的変形を追跡し，製造後の初期微視構造を制御し，残留応力低減を図る試みや強度・長期耐久性の観点から力学微視構造を最適化する試みが必要不可欠である．本年度は特に，複合材料構造製造時のプリフォーム（繊維基材）の賦形に着目して，残留変形低減の検討に重要となる賦形時の基材の非線形変形特性をステレオ画像計測による三次元変形評価技術（イメージベース計測）により評価するとともに，それらを予測するための力学モデルについて検討した．
1. 織物プリフォームに対して先端の曲率半径の異なる圧子を用いて角部の賦形を模擬した押込み試験を実施した．繊維束同士の滑りが生じる際に織物プロフォームに生じるひずみが急増し，この滑り変形開始は圧子先端の形状にあまり依存しないことが分かった．
2. 織物プリフォームの引張弾性率と曲げ弾性率を試験により求め，それらを考慮できる織物プリフォームの三層モデルを構築した．さらに接触解析により圧子押込み試験をモデル化し，実験で見られたひずみ増加の傾向を概ね表現できた．賦形時のブランクホルダーの把持力の違いは，プリフォーム中の初期のひずみ増加にはほとんど影響せず，最終的な圧子先端のひずみ量に主に影響すること等が明らかとなった．
3. 上記の実験および力学モデルにより，圧子形状について，先端の曲線部と直線形状部との境界で圧子との摩擦状態の違いから繊維束間隔の大きな拡がりが見られることが確認でき，圧子形状との関係が重要であることが明らかとなった．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
複合材料構造成形時のプリフォーム基材の賦形において繊維束の幾何学的配置は変化し，それにより最終的に得られる構造強度に影響を及ぼす．このような賦形時の材料内部構造（繊維束配置）の変化をイメージベース計測により実験的に評価することが可能となった．また，賦形時における材料の複雑な非線形変形を有限要素解析モデルによって簡便に予測し，賦形したい形状との関係について検討可能なモデルを構築した．これらの評価法を利用して，実際に織物プリフォームを用いた賦形を模擬した圧子押込み試験を実施し，一定の知見を得ている．
|
| Strategy for Future Research Activity |
複合材料の構造強度や長期耐久性に及ぼす材料内部の力学微視構造の影響について評価するため，初年度は，特に繊維と樹脂から成る複合材料内部の樹脂部の損傷を評価する手法に着目し，サーモグラフィを用いた散逸エネルギ評価法による実験的計測と，そのモデル化法として均質化法を利用した解析について検討した．今年度は，賦形時において想定される強化繊維の幾何学配置変化を評価するためのイメージベース計測と，賦形を模擬した有限要素モデルに基づく接触解析について取り組んだ．最終年度は，今年度の力学モデルをさらに深め，賦形時における材料非線形変形を繊維束間滑り等の微視的状況を反映したモデルに発展させ，より詳細な解析により知見を得ることを検討している．また，強化繊維の幾何学配置と強度の関係を解析可能とする三次元繊維変形シミュレーションの構築により，材料内部の力学微視構造の変化を反映した強度解析・評価法について検討する予定である．
|
| Causes of Carryover |
当初計画していた実験用供試材が入手できなかったため．
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
実験用供試材の購入費として利用予定である．
|
