| 研究課題/領域番号 |
23K03570
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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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 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
河井 昌道 筑波大学, システム情報系, 名誉教授 (90169673)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2027-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2026年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2025年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2024年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
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| キーワード | 複合材料 / 平滑疲労 / 切欠き疲労 / 疲労寿命 / 応力比依存性 / 寿命予測 / 非相似形等寿命線図法 / 疲労 / 等寿命線図 / 確率等寿命線図 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は，疲労に及ぼす疲労荷重の応力比の影響（荷重因子）と切欠きによる残存強度の疲労損傷に伴う変化（切欠き因子）を同時に考慮して，1)切欠きを有するCFRPの疲労寿命を引張と圧縮を含むすべての疲労荷重について予測する方法，2)また，同定のための疲労試験の数をできるだけ少なくする方法，3)さらには，切欠き材の疲労試験を行わずに，切欠き材の疲労寿命を予測する革新的な方法について探求するものである．
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| 研究実績の概要 |
令和５年度は，CFRPの平滑材の任意の応力比に対するS-N曲線の予測とその結果を利用して切欠き材のS-N曲線を予測する技術について研究し，以下の成果を得た．
１．平滑疲労に関して（１）静的引張強度は静的圧縮強度よりも大きく，これらの比によって定義される臨界応力比の値がRc = -0.736 > -1となることが分かった．（２）引張支配および圧縮支配の疲労波形のいずれに対しても応力比が臨界応力比に近づくにつれてS-N関係の勾配が大きくなることが分かった．
２．平滑材に対して（１）臨界応力比に対する疲労データと静的強度のみを用いる２領域形の非相似形等寿命線図を同定した．（２）臨界応力比Rcに加えて補助応力比R = 0, R=∞の疲労データを併用する３領域形および４領域形の非相似形等寿命線図を同定した．（３）臨界応力比Rcと補助応力比R = 0を用いた３領域形が同定の効率性と予測の精度の観点から最適な非相似形等寿命線図を与えることがわかった．
３．切欠き疲労に関して（１）引張支配の疲労荷重に対して，切欠き寸法に拘わらず，疲労切欠き感度が疲労寿命の増加に伴って静的切欠き感度よりも低くなり，高サイクル域で切欠き不敏感な疲労挙動を呈することが分かった．（２）圧縮支配の疲労荷重に対して，疲労による切欠き効果の低下が引張疲労の場合よりも遅くなる傾向があり，高サイクル域においても切欠きの影響を受けた疲労挙動となることが分かった．
４．（１）切欠き不敏感な静的強度に基づく要素関数を仮定して切欠きに不敏感なS-N関係（切欠き疲労寿命の上界）を，また（２）切欠き敏感な静的強度に基づく要素関数を仮定して切欠きに敏感なS-N関係（切欠き疲労寿命の下界）をそれぞれ予測した．（３）実測した切欠きS-N関係が，応力比に拘わらず，これらの切欠き不敏感S-N関係と切欠き敏感S-N関係の間に挟まれることを確認した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
研究計画書に記載の通り，研究初年度の研究事項をすべて予定通りに実施した．期待した通りの成果が達成できた．研究において開発を進める切欠き疲労モデルの理論的構成について新たな発見があった．この発見によって予定する研究開発をより充実したものにできることを確信した．
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| 今後の研究の推進方策 |
研究計画書に記載の通りに進める．研究初年度に予定した研究から期待通りの成果が達成できたこと，ならびに今後の展開を見込んだ研究から切欠き疲労モデルの理論的構成について重要な新発見があったことから，予定する研究内容と進め方が妥当なものであることを確信している．新しい発見を考慮して推進する研究の成果は関連分野に大きなインパクトを与えるものとなることが期待される．
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