| 研究課題/領域番号 |
21K14047
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分18010:材料力学および機械材料関連
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| 研究機関 | 東京都立大学 |
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研究代表者 |
大島 草太 東京都立大学, システムデザイン研究科, 助教 (90885112)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | 複合材料 / 欠陥 / 亀裂 / 破壊力学 / 疲労破壊 / 有限要素解析 / 炭素繊維強化複合材料 / 微視的損傷 / その場観察 / 破壊メカニズム / 破壊メカニズム ３．研究課題名 / 炭素繊維複合材料 / トランスバースクラック |
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| 研究開始時の研究の概要 |
炭素繊維複合材料の積層板における最も初期の破壊モードであるトランスバースクラックは、微視的欠陥を起点に生じることが多く、発生箇所の予測が難しい。このため、その発生・進展プロセスの実験的評価は困難とされてきた。本研究では、超微細な人工欠陥を炭素繊維複合材料中に導入し、その場観察を行うことで、繰返し荷重下におけるトランスバースクラックの発生・進展のメカニズムを実験的に解明する。さらに、有限要素法を用いた微視的損傷進展解析を行うことで、トランスバースクラック発生・進展の予測手法を確立する。これにより、積層板の疲労寿命を正確に予測できるようになり、複合材料構造の信頼性向上に貢献する。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、高強度・軽量であり航空宇宙分野で広く使われる炭素繊維複合材料の製造過程で避けることのできない欠陥を起点とした損傷進展挙動を評価した。任意の大きさの欠陥を導入する技術を開発し、最小で2.5μmの人工欠陥を材料中に導入した。欠陥から発生する亀裂を高倍率の光学顕微鏡で観察した。試験機と同期した観察装置を構築することで、実用上重要となる繰返し（疲労）荷重下での観察も行った。さらに、数値解析によって実験からはわからない欠陥周辺の応力分布も可視化した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
炭素繊維複合材料中の欠陥は寸法や位置、分布を制御できないため従来は欠陥を起点とする亀裂進展挙動を定量的に評価することは困難とされてきた。本研究では位置と大きさが制御された欠陥をひとつだけ材料中に導入できるため、欠陥の影響を定量的に評価することが可能となった。これにより、これまでは「材料のばらつき」として取り扱われてきた積層板の寿命をより正確に予測できるようになることが期待される。これは航空宇宙分野をはじめとした複合材料の信頼性が求められる分野で重要な知見である。
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