| 研究概要 |
1.一方向炭素繊維強化エポキシ積層板について,モードIとモードIIの混合モード荷重下での層間はく離疲労き裂進展試験を混合モード曲げ(MMB)法によって行い,疲労き裂進展挙動に及ぼす混合モード比の影響および応力比の影響を明らかにした.
2.走査型電子顕微鏡(SEM)内で,モードI,モードIIおよび混合モード層間はく離疲労き裂進展試験を行うための負荷装置を開発した.この装置を用いて疲労き裂進展のSEM内その場観察を行い,疲労き裂先端近傍に生じる疲労微視破壊の形態を明らかにした.
3.炭素繊維/エポキシ積層板について,混合モード層間疲労破面のフラクトグラフィ的検討を行った.混合モード疲労破壊は,繊維/マトリックス界面のはく離と,主引張応力によるマトリックスの微小割れからなる.微小割れは繊維/マトリックス界面の近傍を起点とし,繊維間の樹脂部に向かって成長する.この樹脂割れの発生・成長・連結に基づいた疲労き裂の進展モデルを提案した.
FRPのメゾメカニックス解析のための数値計算手法を確立した.解析には2次元境界要素法を用いる.層間はく離き裂の先端近傍は,FRPの繊維相とマトリックス相を区別した非均質FRPモデルで表し,その周囲をFRPを直交異方性材料で近似した均質FRPモデルで取り囲む.この両者を結合したハイブリッド構造をFRPのメゾメカニックスモデルとする.
FRPのメゾメカニックスモデルを用いて,モードIあるいはモードII層間はく離き裂の弾性解析を行った.き裂が繊維直径に比べて充分長い場合,メゾメカニックスFRPモデルのエネルギ解放率は,従来の均質FRPモデルのマクロ解析によるエネルギ解放率と一致する.しかしながら,き裂先端近傍のマトリックス相の応力分布は均質モデルとメゾメカニックスモデルとで大きく異なった.したがって,マトリックスや界面の微視破壊を検討するためには、メゾメカニックス解析が不可欠であることが明らかとなった.
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