繊維強化複合材料積層板の確率材料設計法の研究

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01460096
• 研究機関: 金沢工業大学
• 研究代表者: 宮野 靖 金沢工業大学, 工学部, 教授 (80113033)
• 研究分担者: 新保 實 金沢工業大学, 工学部, 助教授 (70142552) ; 中易 秀敏 金沢工業大学, 工学部, 教授 (80142553)
• キーワード: 繊維強化複合材料積層板 / 一方向強化積層板 / 確率材料設計法 / 二次多項式破損則 / 面内多軸荷重 / 積層配向角 / TsaiーWu則 / 信頼性指標

研究概要

繊維強化複合材料積層板の力学的挙動に立脚して、既存の巨視的破損側と信頼性工学による安全性指標に基づく確率材料設計法の概念を確立するため平成元年度は、1)一方向繊維強化複合材料の破壊基準の検討、2)異なる積層配向角と面内多軸荷重の組合せに対する確率強度特性の検討の2点に焦点を絞り、一方向積層板の確率強度特性の検討を行なった。上記目的の達成のため、まず一方向積層板の信頼性解析のための定式化を試み、材料強度パラメ-タ、積層パラメ-タ、荷重パラメ-タ、寸法パラメ-タの不確定性を考慮して巨視的破損則に立脚した信頼性評価を行なえる解析モデルを確立した。このモデルをグラファイト/エポキシ複合材に適用して各種評価を行なった。その結果、いづれの破損則に基づく限界状態関数も、多次元確率空間上での挙動は極めて性質の良いものであり、線形近似によって充分精度のよい安全性指標が得られることがわかった。また、各種破損則の比較評価を行なった結果、従来の積層板の設計志向の多くの討損則のうち、TsaiとWuによって提唱されている二次多項式破損則が確率材料設計法を進める上で既存の破損側の中でも最も優れている事が判明した。さらに、繊維配向角と面内多軸荷重の任意の組合せに対して、確率的強度特性評価を行なった。これらの結果を、面内ひずみ空間内で表現できれば、積層板の確率材料設計における実用性の高い設計支援グラフになり得る。この点については、次年度の研究成果に期待したい。本年度行なった信頼性解析の定式化は、もっとも初歩的な一方向繊維強化積層板の面内強度に関するものである、しかし、仮に対象となる繊維強化積層板の構成あるいは加わる荷重様式が異なっても、本手法で示した信頼性解析法の骨子は不偏であり、複合材料積層板の材料特性や組織パラメ-タの不確定性を取り入れた新しい確率材料設計の基礎的研究と言える。

研究成果

• [文献書誌] 中易秀敏,前川善一郎: "繊維強化複合材料積層板の信頼性材料設計法の研究(一方向繊維強化積層板の信頼性評価モデルの定式化)" 日本機械学会論文集,A編. 55. 1028-1035 (1989)
• [文献書誌] H.Nakayasu,Z.Maekawa,R.Rackwitz: "Reliabilityーoriented Materials Design of Composite Materials" Proc.Int.Confーon Structural Safety and Reliability.
• [文献書誌] H.Nakayasu,Z.Maekawa: "Stochastic Materials Design of Composite Laminates" Proc.Int,Conf.SocーAdvancement of Material and Process Engineering. 1459-1464 (1989)
• [文献書誌] 中易秀敏: "繊維強化複合材料積層板の確率材料設計法の研究(面内多軸荷重を受ける一方向積層板の確率破損包絡線)" 日本機械学会論文集,A編.
• [文献書誌] M.Nakada,S,Amagi,M.Shimbo,Y.Miyano: "Influence of Laminate Constitution on Flexural Fatigue Strength of C/A Hybrid Unidirectional FRP Laminates" Proc.of the 1989 SEM Spring Conf.on Experimental Mechanics. 887-892 (1989)
• [文献書誌] Y.Miyano,M.Nakada.Y.Hattori,S.Amagi: "Tempetature Dependence on lmpact Behavior of C/A Hybrid Unidirectional FRP Laminates" Proc.of The First Japan international SAMPE Symposium and Exhibition. 1249-1254 (1989)
• [文献書誌] M.Shimo,M.Nakada,S.Amagi,Y.Miyano: "Influence of Laminate Constitution on Impact Strength of C/A Hybrid Unidirectional FRP Laminates" 7th International Confernce on Composite Materials. 625-631 (1989)
• [文献書誌] 中田政之,宮野 靖 鈴木 恵,服部陽一: "C/Aハイブリッド一方向FRP積層板の曲げ強度のひずみ速度および温度依存性" 日本複合材料学会誌. (1990)
• [文献書誌] 尾田十八,中易秀敏: "構造・材料の最適設計" 技報堂, (1989)