• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

層厚効果を考慮した薄層CFRP積層板のマルチスケール損傷解析手法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 20J13151
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分24010:航空宇宙工学関連
研究機関東京大学

研究代表者

青木 涼馬  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2020-04-24 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
2021年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2020年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワード炭素繊維強化複合材料 / 薄層CFRP積層板 / 層厚効果 / 損傷進展解析 / 内部損傷観察 / 連続体損傷力学
研究開始時の研究の概要

本研究では,薄層CFRP(炭素繊維強化プラスチック)の航空機構造への活用に向けて,層厚効果を考慮したマルチスケール損傷解析手法を確立することを目的とする.ミクロスケールからスケールアップする解析手法を構築することで,CFRP積層板の層厚に依存する微視的損傷累積を考慮した高精度な損傷進展予測を目指す.層厚が損傷累積挙動に与える影響を実験的に明らかにした上で,実験結果に基づいた層厚依存型の損傷・破壊モデルを構築し,有限要素法と組み合わせた損傷解析を行う.

研究実績の概要

本研究では,層厚・積層構成を設計パラメータとする高自由度複合材設計の実現に向けて,層厚効果を考慮した薄層CFRP積層板のマルチスケール損傷解析手法の開発を目的としている.CFRPの積層板レベルにおける内部損傷進展・破壊強度を予測するメゾスケール解析モデルの構築について取り組んだ.
今年度は、前年度に構築した層厚効果を考慮した損傷進展解析モデルを用いて、有孔試験片の損傷進展解析を実施し、層厚や積層構成が内部損傷進展や破壊強度に与える影響について検討を行った。有孔引張試験の損傷解析では、様々な層厚や積層構成を有する薄層CFRP積層板を対象に強度予測を行った結果、層厚や積層構成による破壊モードの違いを再現でき、高精度な静的強度予測が可能であることを確認した。また、層厚の異なる有孔試験片において引張疲労試験を行い、円孔から生じる損傷に対する層厚の影響、疲労荷重下での損傷進展特性や残留強度特性を実験的に評価し、長期耐久性における薄層CFRPの優位性について明らかにした。さらには、構築した損傷モデルを繰り返し荷重下における疲労損傷進展についても予測が可能な疲労解析ツールへの拡張を試みた 。本疲労モデルを用いることで、疲労き裂が生じた際の剛性変化量を予測することが可能となった。また、円孔を有する積層板においても層厚による疲労損傷の差異をとらえることができ、剛性変化量も良い精度で評価可能であることを示した。
これまでの研究成果は、国際誌3報に掲載されており、今年度は国内学会2件、国際学会1件において発表済みである。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Effects of ply thickness and 0°-layer ratio on failure mechanism of open-hole and filled-hole tensile tests of thin-ply composite laminates2022

    • 著者名/発表者名
      Aoki Ryoma、Higuchi Ryo、Yokozeki Tomohiro、Aoki Kazuyuki、Uchiyama Shigekazu、Ogasawara Toshio
    • 雑誌名

      Composite Structures

      巻: 280 ページ: 114926-114926

    • DOI

      10.1016/j.compstruct.2021.114926

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Damage-mechanics mesoscale modeling of composite laminates considering diffuse and discrete ply damages: Effects of ply thickness2021

    • 著者名/発表者名
      Aoki Ryoma、Higuchi Ryo、Yokozeki Tomohiro、Aoki Kazuyuki、Uchiyama Shigekazu、Ogasawara Toshio
    • 雑誌名

      Composite Structures

      巻: 277 ページ: 114609-114609

    • DOI

      10.1016/j.compstruct.2021.114609

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fatigue simulation for progressive damage in CFRP laminates using intra-laminar and inter-laminar fatigue damage models2021

    • 著者名/発表者名
      R. Aoki, R. Higuchi, T. Yokozeki
    • 雑誌名

      International Journal of Fatigue

      巻: 143 ページ: 106015-106015

    • DOI

      10.1016/j.ijfatigue.2020.106015

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 円孔を有する薄層CFRP積層板の疲労損傷進展と残留強度評価2022

    • 著者名/発表者名
      青木涼馬、樋口諒、横関智弘
    • 学会等名
      第13回日本複合材料会議
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 薄層CFRP積層板のFilled Hole引張試験の損傷進展解析2021

    • 著者名/発表者名
      青木涼馬、樋口諒、横関智弘、青木一行、内山重和、小笠原俊夫
    • 学会等名
      第26回計算工学講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] CFRP積層板Filled Hole Tension試験の内部損傷進展に及ぼす層厚・0度層比率の影響2021

    • 著者名/発表者名
      青木涼馬、樋口諒、横関智弘、青木一行、内山重和、小笠原俊夫
    • 学会等名
      第63回構造強度に関する講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Numerical Prediction of Stiffness Degradation of Thin-ply CFRP Laminates under Fatigue Loading2021

    • 著者名/発表者名
      Ryoma Aoki, Ryo Higuchi, Tomohiro Yokozeki
    • 学会等名
      American Society for Composites 36th Technical Conference
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 薄層CFRP積層板のOpen Hole・Filled Hole 引張強度と破壊挙動2021

    • 著者名/発表者名
      青木涼馬、樋口諒、横関智弘、青木一行、内山重和、小笠原俊夫
    • 学会等名
      第12回日本複合材料会議
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Numerical and Experimental Evaluation of the Effects of Ply Thickness on Progressive Damage in CFRP Laminates2020

    • 著者名/発表者名
      R. Aoki, R. Higuchi, T. Yokozeki, K. Aoki, S. Uchiyama, T. Ogasawara
    • 学会等名
      American Society for Composites 36th Technical Conference
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 層厚を考慮した薄層CFRP積層板のメゾスケール損傷進展解析2020

    • 著者名/発表者名
      青木涼馬、樋口諒、横関智弘、青木一行、内山重和、小笠原俊夫
    • 学会等名
      第62回構造強度に関する講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

URL: 

公開日: 2020-07-07   更新日: 2024-03-26  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi