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

1991 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 / 残留疲労強度 / 層間剥離 / 落錘式衝撃試験機 / 破壊モ-ド / フラクトグラフィ- / 走査電子顕微鏡

Research Abstract

本研究は様々な材質の異物が繊維強化積層板に衝突した場合の層間剥離と残留疲労強度の関係などを考察することを目的とした。
鋼球を衝突させて損傷を発生させた炭素繊維/エポキシ樹脂積層板の三点曲げ疲労試験を行い残留強度を調べた。この結果、損傷により強度が低下し、疑似等方性板に近くなるにつれて強度低下が少ないことがわかった。超音波顕微鏡の観察によって衝撃で発生した積層板内のトランスバ-スクラックがせん断力のために移動するのにともない層間剥離が進展し強度が低下することが明らかになった。
前年度に試作した試験機を改良して落錘をばねで加速し落下させる方法を導入した衝撃試験機により、大きな衝撃エネルギ-を試験片に加えられるようにした。これにより高強度を有する試験片に対しても衝撃損傷および破壊実験を行うことが可能となった。
また鋼球を静的に押し込んだ場合および衝撃的に衝突させた場合に生じる炭素繊維/エポキシ樹脂積層板の層間剥離を走査電子顕微鏡により破面を観察した。層間剥離の創成モ-ドに関する標準試験により得られる破面との比較により剥離の進展状況を観察した。層間剥離は中心線に対して対称であり、荷重点から遠ざかる方向に進展することが明らかになった。また剥離の破壊モ-ドは引張によるモ-ドIとせん断によるモ-ドIIの混合モ-ドであり、部分的にその混合の割合が変化することがわかった。

Research Products

• [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). 57. 1418-1422 (1991)
• [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積層板の衝撃損傷評価法" 非破壊検査. 40. 165-170 (1991)
• [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). 57. 569-575 (1991)
• [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). 57. 583-590 (1991)
• [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). 57. 576-582 (1991)
• [Publications] 鞠 重錫,足立 忠晴,宇治橋 貞幸,松本 浩之: "近似三次元理論による直交積層板の応力解析の適用範囲" 日本機械学会論文集(A編). 57. 2653-2658 (1991)
• [Publications] Sadayki Ujihashi,Masahiro Nishida,Tadaharu Adachi,Hiroyki Matsumoto: "Application of an Alternative Measuring System to Determine the Mechanical Properties of Composites Under Impact" Composite Structures. 6. 599-616 (1991)
• [Publications] Hiroyuki Matsumoto,Yoshihide Ogawa,Tadaharu Addchi,: "Sfress Analysis of Orthotropic Laminated Slab Subjected to Transverse Load" JSME Internatioual Journal.
• [Publications] Tadaharu Adachi,Kei Sakanoue,Sadayuki Ujihashi Hiroyki Matsumoto: "Estimation of Impact Damage in CFRP Laminates with Compliance Method" Transactions of the JSNDI.
• [Publications] 足立 忠晴,小川 義英,宇治橋 貞幸,松本 浩之: "面外荷重をうける直交異方性積層厚板の衝撃応答" 日本機械学会 第69期 全国大会構演会 講演論文集(Vol.A). 127-129 (1991)
• [Publications] 足立 忠晴,宇治橋 貞幸,松本 浩之: "軟質材の衝突によるCFRP積層板の損傷の観察" 日本機械学会 材料力学講演会 講演論文集. 63-65 (1991)