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高分子系複合材料の界面クリープ強度に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 10650072
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 機械材料・材料力学
研究機関筑波大学

研究代表者

河井 昌道  筑波大学, 機能工学系, 助教授 (90169673)

研究期間 (年度) 1998 – 2000
研究課題ステータス 完了 (2000年度)
配分額 *注記
3,300千円 (直接経費: 3,300千円)
2000年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
1999年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
1998年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
キーワード複合材料 / 時間依存性 / クリープ / 応力リラクセーション / 非主軸負荷 / モデル化 / 一方向積層板 / アングルプライ積層板 / 一方向CFRP / マトリックス粘塑性 / Sun-Chen規準 / Gates-Sunモデル / 高温クリープ / 斜交積層板 / 時効硬化 / Sun-Chengモデル / 非主軸クリープ / クリープ回復 / クリープコンプライアンス / 炭素繊維強化複合材料 / 相当応力 / Sun-Cheng モデル
研究概要

本研究では,高分子系複合材料のマトリックス,繊維-マトリックス界面および積層界面に支配される時間依存変形挙動を調べ,その巨視力学的および微視力学的定式化について検討した.得られた主な結果は以下のとおりである.
1 一方向CFRPの時間依存挙動:荷重一定保持によるクリープ変形はすべての繊維配向角について明瞭に現れる.いずれの繊維配向角およびクリープ応力に対しても,クリープ速度は時間とともに急激に低下して0に近づく.クリープ応力を完全に除荷した後に生じる回復クリープひずみは,先行クリープひずみよりも小さい.この結果は,時間依存応答に粘塑性変形が含まれていることを明らかにしている.また,引張クリープ応力を部分的に除荷した後のクリープひずみはいずれの繊維配向角についても過渡的に減少する.この結果は,部分除荷後の引張応力とは反対向きにクリープ変形を引き起こす内部応力が先行クリープによって発達していたことを示している.
2 CFRPアングルプライ積層板の時間依存挙動:アングルプライ積層板[±θ]_<3s>の応力リラクセーション挙動は,プライ配向角θ=30,45,60°のいずれについても明瞭に現れる.リラクセーション応力は,全ひずみを一定に保持した後,短時間で飽和状態に漸近する.プライ配向角および一定保持する全ひずみの大きさにかかわらず,応力リラクセーションが開始応力に対してほぼ一定の割合で生じる.これらの特徴は一方向CFRPに対して行った応力リラクセーション試験の結果にも同様に認められた.
3 時間依存挙動の巨視力学的定式化:非可逆熱力学に基づく連続体内部変数理論を応用して,一般的な時間・速度依存形構成モデルを定式化した.提案した巨視力学的構成モデルは,完全な多軸形式を有し,広範囲の非線形粘塑性挙動と損傷挙動を含む一般化にも対応できる柔軟性を兼ね備えている.開発した時間・速度依存形構成モデルは,一方向CFRPのクリープ挙動と応力リラクセーション挙動を適度な精度で予測することができる.なお,開発した構成モデルは,特殊な場合としてGates-Sunモデルを包含する.
4 時間依存挙動の微視力学的定式化:複合材料の解析的均質化法とマトリックス材料の粘塑性モデルを組み合わせることによって一方向CFRPに対する多軸弾・粘塑性マイクロメカニックスモデルを構築し,その有効性を示した.
5 積層板の時間依存挙動に対する解析方法:一方向CFRPの構成モデルと古典積層理論を用いてCFRPアングルプライ積層板の高温引張挙動を解析した.この解析から,プライ配向角が小さい場合層間せん断応力の影響が強くなるため平面応力を仮定する古典積層理論では十分な予測精度の得られないことを明らかにした.この知見は,3次元均質化法と成果3,4を組み合わせることによってより精密な予測が得られる可能性の高いことを示唆している.

報告書

(4件)
  • 2000 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1999 実績報告書
  • 1998 実績報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (26件)

  • [文献書誌] M.Kawai: "Off-axis inelastic deformation and damage of unidirectional Carbon fiber composite at high temperature"Proc. of ACCM-1. 735.1-735.4 (1998)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Kawai: "Off-axis tensile creep behavior of unidirectional T800H/Epoxy at high temperature"Proc.of 6th Japan Int. SMAPE Symposium. 81-84 (1999)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Kawai: "Time-dependent off-axis behavior of unidirectional Carbon fiber composite at high temperature"Proc.of ACCM-2. 1233-1238 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Kawai: "off-axis Creep behavior of unidirectional polymer matrix composites at high temperature"Proc.of IUTAM Symp.on Creep in Structures. 469-478 (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Kawai: "Micromechanical analysis of the off-axis rate-dependent inelastic behavior of unidirectional AS4/PEEK at high temperature"Int.J.of Mechanical Sciences. (in press). (2001)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.kawai: "Stress relaxation behavior of angle-ply CFRP laminate at elevated temperature"Proc.of ICCM-13. (in press). (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kawai, M.: "Off-Axis Inelastic Deformation and Damage of Unidirectional Carbon Fiber Composite at High Temperature."Proc. of First Asian-Austrasian Conf. on Composite Materials (ACCM-1), Osaka, Japan, October 7-9. 735.1-735.4 (1998)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kawai, M.: "Off-Axis Tensile Creep Behavior of Unidirectional T800H/Epoxy at High Temperature."Proc. of the 6th Japan International SAMPE Symposium (SAMPE-6), Tokyo Big Sight, October 26-29. 81-84 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kawai, M.: "Micromechanical Analysis for Off-Axis Nonlinear Behavior of Unidirectional Carbon Fiber Composite at Room and High Temperature."Key Engineering Materials. Vols.177-180. 309-314 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kawai, M.: "Time-Dependent Off-Axis Behavior of Unidirectional Carbon Fiber Composite at High Temperature."Proc. of the Second Asian-Australasian Conference on Composite Materials (ACCM-2), Korea, August 18-20. 1233-1238 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kawai, M.: "Off-Axis Creep Behavior of Unidirectional Polymer Matrix Composites at High Temperature."Proc. of IUTAM Symposium on Creep in Structures, Kluwer Academic Publishers. 469-478 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kawai, M.: "Micromechanical Analysis of the Off-Axis Rate-Dependent Inelastic Behavior of Unidirectional AS4/PEEK at High Temperature."International Journal of Mechanical Sciences. (in press). (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kawai, M.: "Stress Relaxation Behavior of Angle-Ply CFRP Laminate at Elevated Temperature."Proc.of ICCM-13, Beijing, China, June 25-29. (in press). (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kawai, M.: "Off-Axis Creep of Unidirectional Polymer Matrix Composites Subjected to Step Changes in Stress at Elevated Temperature."Proc. of ICCM-13, Beijing, China, June 25-29. (in press). (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 河井昌道: "一方向炭素繊維強化複合材料の高温における非主軸リラクセーション挙動"日本材料学会 第29回 FRPシンポジウム講演会講演論文集. 199-200 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] M.Kawai: "Off-Axis Creep Behavior of Unidirectional Polymer Hatrix Composites at High Temperature"Proc.of IUTAM Symposium on Creep in Structures. 469-478 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 河井昌道: "一方向炭素繊維強化複合材料の高温における応力リラクセーション挙動"日本機械学会 2000年度年次大会講演論文集. 587-588 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] M.Kawai: "Time-Dependent Off-Axis Behavior of Unidirectional Carbon Fiber Composite at High Temperature"Proc.ACCM-2. 1233-1238 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 河井昌道: "炭素繊維アングルプライ積層板の高温における応力リラクセーション挙動"日本機械学会 材料力学講演会(M&M2000)講演論文集. 83-84 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 河井昌道: "一方向AS4/PEEKの非線形挙動とそのマイクロメカニックス解析"日本機械学会 論文集. 66・652A. 2128-2135 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 河井昌道: "一方向CFRPの非主軸クリープ挙動"日本機械学会1999年度年次大会講演論文集. 99-1. 113-114 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] M.Kawai: "OFF-Axis Tensile Creep Behavior of Unidirectional Carbon Fiber Camposite at High Temperature"Proc.of the 6th Japan International SAMPE Symposium (SAMPE-6). 81-84 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 河井昌道: "一方向CFRPの非線形挙動とそのマイクロメカニックス解析"日本機械学会材料力学部門講演会講演論文集. 99-16. 243-245 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 河井昌道: "一方向炭素繊維強化複合材料の高温における非主軸リラクセーション挙動"日本機械学会第29回FRPシンポジウム講演論文集. (発表予定). (2000)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] M.Kawai: "OFF-Axis Creep Behavior of Unidirectional Polymer Matrix Composites at High Temperature"Proc.of IUTAM Symposium Creep in Structures. (発表予定). (2000)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] M.Kawai: "Time-Dependent OFF-Axis Behavior of Unidirectional Carbon Fiber Composite at High Temperature"Proc.Of International Conference ACCM-2. (発表予定). (2000)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書

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公開日: 1998-04-01   更新日: 2016-04-21  

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