一方向繊維強化複合材料の損傷過程における界面せん断抵抗の測定

1988 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 63550060
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 高雄 善裕 九州大学, 応用力学研究所, 助教授 (30108766)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 福田 重久 九州大学, 応用力学研究所, 助手 (60038544) ; 肥山 央 九州大学, 応用力学研究所, 助手 (30038541)
• Keywords: 複合材料 / き裂 / はく離 / 界面 / 破壞 / せん断抵抗 / 応力拡大係数 / 短繊維

Research Abstract

繊維とマトリックスの組合せで、その詳細な微視的損傷進展過程に違いはあるものの、両者間の界面に作用するせん断抵抗が、複合材料の破壞エネルギーに大きく関与する。現在まで、このせん断抵抗は、単一繊維を使ったモデル試験か巨視的な層間せん断強度試験から、間接的に求められていた。本研究課題では、実際の複合材料の界面せん断抵抗を微視的レベルで求める。
まず、界面のせん断抵抗の特性を解析した。現在のところ、次のような事柄がわかった。「微小なマトリックス割れが界面に達し、そこから界面はく離が成長する基本的な初期破損を考える。負荷は繊維方向に作用している。熱ひずみを考慮しない場合、繊維間距離に比べ界面き裂が小さいと、き裂は開こうとする(破壞力学的には正のモードI)。少し成長するとき裂は閉じる(破壞力学的には負のモードI)。このことは、界面にせん断破壞が進行しても、界面にはなお摩擦によるせん断抵抗が存在する。」次に、繊維とマトリックスの変位の違いからせん断抵抗を求める、実験データ処理方式を検討した。せん断遅れ論をもとに、せん断抵抗を場所、変形度合、時間の関数とみた処理方法をプログラムコード化している。最後に、繊維とマトリックスの変位のずれを可視化する方法を検討した。複合材料試験片に透過型電顕用メッシュを使って数μm間隔の格子模様の蒸着を行った。現在、この試験片に4点曲げ負荷を加え、走査型電顕を入れて界面はく離進展の様子を観察し、変位の違いを求める。

Research Products

• [Publications] Wen-Xue Wang.Yoshihiro Takao.Toshiro Suhara.: JSME International Journal,Series I. 31. 709-717 (1988)
• [Publications] Wen-Xue Wang.Yoshihiro Takao.Toshiro Suhara.: Proceedings of the 7-th International Conference on Composite Materials,1989,Begin,CHINA. (1989)
• [Publications] 高雄善裕: 日本航空宇宙学会西部支部講演会講演集. 5-8 (1988)