2014 Fiscal Year Research-status Report

X線CTによる一方向CFRPの圧縮破壊メカニズムの解明と圧縮破壊シミュレーション

Research Project

Project/Area Number	26820014
Research Institution	Nihon University
Principal Investigator	上田政人日本大学, 理工学部, 講師 (80434116)
Project Period (FY)	2014-04-01 – 2017-03-31
Keywords	炭素繊維強化プラスチック / キンクバンド / X線CT
Outline of Annual Research Achievements	本研究では，X線コンピュータ断層（CT）撮影装置を用いて，繊維方向圧縮負荷下における一方向炭素繊維強化プラスチック（以下，CFRP）の内部観察を逐次実施して，キンクバンド破壊の起点や損傷進展，界面はく離の発生状況など，圧縮破壊メカニズムについて明らかにすることを目的とした．まず，X線CT装置内で一方向CFRPの繊維方向圧縮試験を実施するため，装置内に設置可能な小型圧縮試験片及び小型圧縮試験治具を製作した．これをX線CT装置内に設置した後，圧縮負荷を加えた状態で一方向CFRPの内部観察を実施した．圧縮負荷を徐々に増大させながら一方向CFRPの内部観察を逐次実施して，一方向CFRPがキンクバンド破壊するまで圧縮試験を実施した．これより，一方向CFRPのキンクバンド破壊の様子を，外部からだけではなく，その内部でも連続的に観察することが可能であることを示した．この試験ではボルトねじ込み方式の小型圧縮試験治具を用いたため，圧縮負荷時に一方向CFRPにねじりモーメントも負荷されており，このねじりモーメントが圧縮破壊挙動に影響を与えている可能性も考えられた．そこで，この問題を解決するため，マイクロメーターヘッドを利用してねじりモーメントが生じない負荷方式の治具を新しく製作した．また，一方向CFRPの詳細な可視化モデルから有限要素モデルを得るため，更に試験片サイズを小さくして圧縮試験を実施した．この新しい治具と試験片とを用いて同様に圧縮試験を実施して，X線CT画像からCFRPの有限要素モデルを作成した．しかしながら，X線CT画像の画質が不十分であったことから，作成した有限要素モデルにおいて繊維が一部交差する個所が観察された．次年度はこの問題を解決して，圧縮破壊のシミュレーションを実施する予定である．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 今年度の実施計画は下記の3項目であった．（１）一方向CFRPの詳細な可視化モデルから有限要素モデルを得るため，試験片サイズを更に小さくして圧縮試験を実施する．（２）圧縮試験治具の問題点（ねじりモーメントの発生）を解決するため，間接的な負荷方式の治具に変更する．（３）X線CTにより一方向CFRPの圧縮破壊を逐次撮影して，キンクバンド破壊の起点，その進展方向及び界面はく離の発生箇所などを明らかにする．これら３項目についてほぼ達成した．但し，(3)におけるキンクバンド破壊の起点の観察については，損傷進展が早いために現時点では特定できていない．今後実験数を増やして確認していく必要がある．
Strategy for Future Research Activity	当初の予定通り実施する．具体的には，X線CT画像から有限要素モデルを作成し，圧縮破壊シミュレーションを実施する．また，一方向CFRPの繊維方向圧縮破壊に与える影響因子を定量的に評価する．なお，研究実績の概要で述べたように，作成した有限要素モデルにおいて繊維の一部交差が観察されたため，X線CT画像の画質を改善する必要がある．小型圧縮試験治具の形状を見直してX線CT画像の画質の改善を図る．
Causes of Carryover	購入予定であった物品を他機関において借用して研究遂行上問題ないかを確認しつつ実験を実施し，当初購入予定であった物品などを今年度に購入しなかったため．但し，予定していた研究計画は全て実施した．
Expenditure Plan for Carryover Budget	次年度に物品などの購入を行い，当初の予定通りに研究を更に進めていく予定である．