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Development and Validation of Strength Analysis Method Explicitly Linked to Macro, Meso and Micro Scales for Woven Composites

Research Project

Project/Area Number 17J00708
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Materials/Mechanics of materials
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

久保 凱  筑波大学, システム情報工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2017-04-26 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2019: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2018: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords織物複合材料 / マルチスケール解析 / 均質化法 / 非弾性 / 熱残留応力・ひずみ / 強度 / 損傷
Outline of Annual Research Achievements

本研究は、織物複合材料の設計・評価技術のさらなる高度化に資するために、織物複合材料のマクロ(積層板)/メゾ(織構造)/ミクロ構造(繊維と母材)において相互に連成可能な理論・解析手法を構築し、その解析コードを開発することを目的としており,またその開発手法の定量的な妥当性確認も行った。令和元年度で行った内容としては,主に以下の2つである.
まず,妥当性確認のために,VaRTM成形した平織GFRP複合材料およびオートクレーブ成形した炭素繊維/エポキシ綾織複合材料をJIS K7165に準拠したジオメトリで切り出し,試験片を作成した.これら試験片に対して,一定ひずみ速度の下,室温環境下(298K)で引張試験を実施した.次に試験片の断面観察より,実験との比較解析で用いる有限要素モデルを作成した.その後,実験で得られた種々の織物複合材料の応力-ひずみ関係と,この実験結果を基に同定した材料定数を用いた解析結果を比較したところ,構成材料や内部構造,織構造の種類にかかわらず,織物複合材料のマクロ非弾性挙動を従来手法よりも精度良く予測可能であることが示された.
次に,成形時の温度変化によって発生した熱残留応力およびひずみが,温度変化および外力を与えず保持した場合にどのように変化するか調査するために, T = 353.5Kから室温(T = 299K)まで温度を下げて,その後24h保持する解析を実施した.なお保持時間は,エポキシ樹脂の一般的な硬化時間を参考にした.この解析結果より,マクロ熱残留ひずみは保持開始直後には若干減少するが,その後減少速度は小さくなり,24hの温度保持後のひずみ量は非常に小さいことがわかった.また一方で,メゾ熱残留応力は,温度保持によって,その分布性状や値にあまり変化は生じないことが明らかになった.

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (30 results)

All 2020 2019 2018 2017 Other

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (23 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] 複合材ファンブレード前縁接着部の構造解析モデリング2019

    • Author(s)
      竹田智, 北條正弘, 黒木博史, 穂坂俊彦, 福重進也, 吉川暢宏, 松田哲也, 久保 凱
    • Journal Title

      The Ninth Japan Conference on Structural Safety and Reliability (JCOSSAR 2019) 論文集

      Volume: OS14-2A

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] CFRP積層板の動的剥離強度モデルに関する研究2019

    • Author(s)
      吉川暢宏, 黒木博史, 穂坂俊彦, 福重進也, 竹田智, 北條正弘, 松田哲也, 久保 凱
    • Journal Title

      The Ninth Japan Conference on Structural Safety and Reliability (JCOSSAR 2019) 論文集

      Volume: OS14-2A Pages: 470-474

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Journal Article] Development and Validation of Multiscale Thermoelastoviscoplastic Analysis Method for Plain-Woven Composites2019

    • Author(s)
      G. Kubo, T. Matsuda, H. Nagaoka, Y Sato
    • Journal Title

      Key Engineering Materials

      Volume: 794 Pages: 78-88

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Measurement of Negative Poisson's Ratio of CFRP Laminates Using 3D Digital Scanning Method2019

    • Author(s)
      R. Oikawa, G. Kubo, T. Matsuda, K. Goto, N. Ohno, M. Arai
    • Journal Title

      Key Engineering Materials

      Volume: 794 Pages: 182-187

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A novel basic cell modeling method for elastic-viscoplastic homogenization analysis of, plain-woven laminates with nesting2018

    • Author(s)
      G. Kubo, T. Matsuda, Y. Sato
    • Journal Title

      International Journal of Mechanical Sciences

      Volume: 印刷中

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Elasto-viscoplastic analysis for negative through-the-thickness Poisson’s ratio of woven laminate composites based on homogenization theory2017

    • Author(s)
      K. Goto, M. Arai, T. Matsuda, G. Kubo
    • Journal Title

      International Journal of Mechanical Sciences

      Volume: 印刷中

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Effects of Uncertainty in Internal Structures on Damage Behavior of Plain-Woven Composites2020

    • Author(s)
      N. Semba, T. Matsuda, G. Kubo
    • Organizer
      Asia-Pacific Conference on Fracture and Strength 2020
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 織物複合材料の損傷・粘塑性マルチスケール解析手法の開発とその実証2019

    • Author(s)
      久保 凱,松田哲也
    • Organizer
      日本機械学会材料力学部門 若手シンポジウム2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of Multiscale Damage Propagation Analysis Method for Woven Laminates Using a homogenization Theory2019

    • Author(s)
      G. Kubo, T. Matsuda
    • Organizer
      Twenty-Second International Conference On Composite Materials (ICCM22)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 非弾性ツースケール解析手法の汎用有限要素解析ソフトウェアへの導入と検証2019

    • Author(s)
      三浦尚貴,栗田大和,久保 凱,松田哲也
    • Organizer
      日本計算工学会学生サマーキャンプ2019・夏季学生講演会2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 内部構造の不確かさが平織複合材料の力学的特性に及ぼす影響の評価2019

    • Author(s)
      銭場望美,松田哲也,久保 凱
    • Organizer
      日本計算工学会学生サマーキャンプ2019・夏季学生講演会2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 平織複合材料の非弾性特性に及ぼす内部構造の不確かさの影響2019

    • Author(s)
      銭場望美,松田哲也,久保 凱
    • Organizer
      日本複合材料学会第44回複合材料シンポジウム
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 汎用有限要素解析ソフトウェアを用いた複合材料の非弾性ツースケール解析手法の開発と検証2019

    • Author(s)
      三浦尚貴,栗田大和,久保 凱,松田哲也
    • Organizer
      日本機械学会第27回茨城講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 平織複合材料の弾-粘塑性挙動に及ぼす内部構造の不確かさの影響2019

    • Author(s)
      銭場望美,松田哲也,久保 凱,長岡央磨
    • Organizer
      日本機械学会第27回茨城講演会講演論文集
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 平織GFRP積層板の弾-粘塑性挙動の温度依存性とマルチスケール解析2018

    • Author(s)
      手塚惇平,長岡央磨,久保凱,松田哲也,後藤圭太,荒井政大
    • Organizer
      日本機械学会M&M2018材料力学カンファレンス
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] トリプルスケール均質化法を用いた平織GFRP積層板の温度依存弾-粘塑性特性評価2018

    • Author(s)
      手塚惇平,長岡央磨,久保凱,松田哲也,後藤圭太,荒井政大
    • Organizer
      日本機械学会第31回計算力学講演会(CMD2018)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] トリプルスケール均質化法を用いた平織GFRP積層板の温度依存弾-粘塑性特性解析2018

    • Author(s)
      手塚惇平, 長岡央磨, 久保凱, 松田哲也
    • Organizer
      日本計算工学会学生サマーキャンプ2018・夏季学生講演会2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 様々な温度環境における平織GFRP積層板の弾-粘塑性挙動およびマルチスケール解析2018

    • Author(s)
      手塚惇平, 長岡央磨, 久保凱, 松田哲也
    • Organizer
      日本機械学会第26回茨城講演会講演論文集
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] ネスティングを有する平織複合材料の弾-粘塑性挙動とその積層ずれ依存性の均質化解析2018

    • Author(s)
      久保凱, 松田哲也
    • Organizer
      日本計算工学会第23回計算工学講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Development and Validation of Multiscale Thermoelastoviscoplastic Analysis Method for Plain-Woven Composites2018

    • Author(s)
      G. Kubo, T. Matsuda, H. Nagaoka, Y. Sato
    • Organizer
      14th Asia-Pacific Symposium on Engineering Plasticity and Its Applications
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Measurement of Negative Poisson's Ratio of CFRP Laminates Using 3D digital Scanning Method2018

    • Author(s)
      R. Oikawa, G. Kubo, T. Matsuda, K. Goto, N. Ohno, M. Arai
    • Organizer
      14th Asia-Pacific Symposium on Engineering Plasticity and Its Applications
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A Basic Cell Modeling Method For Homogenization Analysis Of Plain-Woven Composites With Nesting2018

    • Author(s)
      G. Kubo, T. Matsuda
    • Organizer
      13th World Congress on Computational Mechanics and 2nd PanAmerican Congress on Computational Mechanics
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Multiscale Analysis of Damage Development and Strength for Various woven Composites with Laminate Misalignment2017

    • Author(s)
      G. Kubo, T. Matsuda
    • Organizer
      The 2nd International Conference on Computational Engineering and Science for Safety and Environmental Problems
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 種々の織物複合材料の損傷挙動・強度特性とその積層ずれ依存性の均質化解析2017

    • Author(s)
      久保 凱, 松田哲也
    • Organizer
      日本計算工学会第22回計算工学講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 複合材料に対する連成/非連成マルチスケール非弾性解析手法の開発と検証2017

    • Author(s)
      松田哲也, 長岡央磨, 大垣翼, 久保凱, 手塚惇平, 佐藤仁彦
    • Organizer
      産業技術総合研究所,第28回CD-FMatセミナー
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] トリプルスケール均質化法を用いた平織GFRP積層板のクリープ解析2017

    • Author(s)
      長岡央磨, 久保凱, 松田哲也, 佐藤仁彦, 荒井政大
    • Organizer
      日本機械学会M&M2017材料力学カンファレンス
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] マルチスケール解析のバリデーションと不確かさの導入事例2017

    • Author(s)
      松田哲也, 久保凱
    • Organizer
      日本計算工学会, 不確かさのモデリング・シミュレーション法に関する研究会, 第11回研究会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] ディジタルイメージを用いた手法に基づくCFRP積層板の積層方向ポアソン比の計測2017

    • Author(s)
      及川陸斗, 松田哲也, 後藤圭太, 大野信忠, 宮下進太郎, 川崎雄介, 久保凱, 佐藤仁彦, 荒井政大
    • Organizer
      日本複合材料学会第42回複合材料シンポジウム
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 均質化マクロ構成モデルに基づく平織積層板のクリープ解析2017

    • Author(s)
      長岡央磨, 松田哲也, 大垣翼, 久保凱, 佐藤仁彦
    • Organizer
      日本機械学会第25回茨城講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Remarks] 松田哲也研究室 - 構造エネルギー工学専攻 - 筑波大学

    • URL

      http://www.kz.tsukuba.ac.jp/~matsuda/

    • Related Report
      2018 Annual Research Report 2017 Annual Research Report

URL: 

Published: 2017-05-25   Modified: 2024-03-26  

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