繊維強化積層板の衝撃損傷と残留強度評価に関する基礎的研究

1990 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 63420027
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 松本 浩之 東京工業大学, 工学部, 教授 (50016416)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 足立 忠晴 東京工業大学, 工学部, 助手 (20184187) ; 宇治橋 貞幸 東京工業大学, 工学部, 助教授 (80016675)
• Keywords: 繊維強化積層板 / 衝撃損傷 / 残留強度 / 落錘式衝撃試験 / 計測システム / 吸収エネルギ- / 異方性弾性論 / 高次近似理論

Research Abstract

本研究は繊維強化積層板に衝撃を加えた場合の層間剥離を主とする衝撃損傷の発生メカニズムを考察し、衝撃損傷による圧縮強度低下などについて明らかにすることを目的としている。
本年度はまず変形能の高いゴムなどの軟質の衝撃体が積層板に衝突した場合の積層板内部の損傷について検討し、変形能の低い衝撃体に比較して同じ衝撃エネルギ-で衝突させても損傷領域が小さいことがわかった。しかし変形能が低い衝撃体では速度が速くなり貫通すると、損傷領域が減少する傾向があることがわかった。
次に耐衝撃構造用のFRP材料の簡便な材料選択のための試験方法として使用する目的で、低速度で高エネルギ-の衝撃を加えることの可能な落錘式試験機を試作した。落錘は付加質量をつけた軟鋼棒であり、棒の2箇所におけるひずみ応答と波動伝播理論により衝撃荷重と試験片のたわみを精度よく計測することができた。実験の結果、損傷パタ-ンが変化しない限り、炭素繊維で強化されたエポキシ樹脂とPEEK樹脂の積層板を比較するとPEEK樹脂の方が単位損傷面積あたりの吸収エネルギ-が大きいことがわかった。
積層板の損傷メカニズムを明らかにするために三次元異方性弾性理論により、三層から構成される異方性板が静的および衝撃横荷重をうける場合の応力解析を行った。この結果、層間応力の分布は荷重の作用する面から離れた側の層の異方性の主軸上に最大値が生じることがわかった。また異方性を考慮した高次近似板理論から得られる面内応力から面外応力成分を求める方法について検討した。
本研究の最終年度にあたる次年度において、繊維強化積層板の衝撃損傷および損傷後の残留疲労強度低下の機構について実験的および理論的手法によりに詳細に考察する予定である。

Research Products

• [Publications] Sadayuki Ujihashi,Kei Sakanoue,Tadaharu Adachi,Hiroyuki Matsumoto: "Experimental Measurement of the Mechanical Properties of FibreーReinforced Plastics under Impact Loading" Proceeding of the Institution of Mechanical Engineers Fourth International Conference FRC'90 Fibre Reinforced Composites. 157-162 (1990)
• [Publications] Hiroyuki Matsumoto,Tadaharu Adachi,Sadayuki Ujihashi: "Static and Impact Induced Damage of CFRP Laminates" Dynamic Fracture,Proceedings of Oji International Seminar on Dynamic Fracture. 174-184 (1990)
• [Publications] 鞠 重錫,鈴木 正之,足立 忠晴,宇治橋 貞幸,松本 浩之: "低速衝撃によるCFRP積層板の荷重変動とひずみ変動" 日本機械学会論文集(A編). 56. 2520-2525 (1990)
• [Publications] 足立 忠晴,坂上 啓,宇治橋 貞幸,松本 浩之: "コンプライアンス応答によるCFRP積層板の損傷評価" 非破壊検査.
• [Publications] 足立 忠晴,坂上 啓,宇治橋 貞幸,松本 浩之: "繰り返し衝撃をうけるCFRP積層板の損傷評価" 日本機械学会論文集(A編).
• [Publications] 松本 浩之,岡崎 光宏,足立 忠晴,宇治橋 貞幸: "衝撃後のCFRP積層板の残留疲労強度(四点曲げ試験の場合)" 日本機械学会論文集(A編).
• [Publications] 松本 浩之,荒井 政大,足立 忠晴,宇治橋 貞幸: "CFRP積層板の貫通強度評価" 日本機械学会論文集(A編).
• [Publications] 松本 浩之,小川 義英,足立 忠晴: "面外荷重をうける直交異方性積層厚板の応力解析" 日本機械学会論文集(A編).
• [Publications] 宮坂 千晶,八丁 雅子,足立 忠晴,松本 浩之: "新型超音波顕微鏡音響レンズによる多層FRPの観察" 日本材料学会 第19回FRPシンポジウム講演会前刷集. 87-90 (1990)
• [Publications] 宮坂 千晶,八丁 雅子,足立 忠晴,松本 浩之: "超音波顕微鏡による多層FRP内部欠陥の検出" 日本材料学会 第39期通常総会学術講演会前刷集. 61-63 (1990)
• [Publications] 松本 浩之: "複合材料の衝撃損傷と評価" 日本機械学会 関西支部 第249回講演会論演論文集. 144-148 (1990)