繊維強化複合材料のマイクロメカニックス研究

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02650061
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 関根 英樹 東北大学, 工学部, 教授 (20005359)
• キーワード: 繊維強化複合材料 / マイクロメカニックス / コンピュ-タ・シミュレ-ション / 微視破壊 / 荷重一変位曲線 / 応力腐食 / 酸環境 / き裂進展速度

研究概要

繊維強化複合材料を対象としたマイクロメカニックス研究によって、引続き次の二つのテ-マの解明を試みた。
1.宇宙環境温度下での炭素繊維強化複合材料(CFRP)の損傷と強度低下
耐熱エポキシ樹脂を母材とするCFRP直交積層板を用いた破壊靭性試験の結果を詳細に検討して、損傷機構を再構築し、コンピュ-タ・シミュレ-ションを行った。得られた主な知見は以下の通りである。(1)CFRP直交積層板のせん断弾性系数の非線形性を考慮した結果、コンピュ-タ・シミュレ-ションにより得られた巨視的き裂進展開始直前までの荷負一切欠肩部開口変位曲線は、破壊靭性試験より得られたそれときわめてよく一致した。また、最大荷重についてもほぼ一致した。(2)繊維束のはく離応力および引抜け長さにばらつきを与えて、巨視き裂の進展一停止挙動のコンピュ-タ・シミュレ-ションを行った結果は、実験におけるセレ-ション現象をよく説明した。
2.酸環境下でのガラス繊維強化複合材料(GFRP)中のき裂進展速度
ガラス繊維を強化材としエポキシ樹脂を母材とする直交積層板を用いて塩酸環境下で応力腐食によるき裂進展実験を行った。その結果から、き裂進展機構を解明し、き裂進展の律速過程をマイクロメカニックス的観点から再構築して、き裂進展速度に関する理論式を導出した。その理論式を用いて、塩酸濃度、環境温度、積層構造、繊維体積含有率等の影響をふまえた、き裂進展速度一時間関係のコンピュ-タ・シミュレ-ションを行った。コンピュ-タ-・シミュレ-ション結果は実験結果とよく一致し、応力腐食によるき裂進展速度に対する諸効果を本質的に明らかにすることができた。

研究成果

• [文献書誌] 関根 英樹,鈴木 寛,絹川 茂樹: "クロスプライCFRP積層板の変形・破壊挙動のシミュレ-ション" 日本複合材料学会1991年研究発表講演会予稿集. 43-44 (1991)
• [文献書誌] H.Sekine: "Micromechanics Study of the Propagation Rate of a Stress Corrosion Crack in Cross Ply Glass/Epoxy Laminates under Acid Environments." Composites.27-K-1-27-K-10 (1991)
• [文献書誌] 鈴木 寛,関根 英樹: "短繊維強化SMC複合材料の壊破エネルギ-と壊破挙動に関する確率的研究" 第16回複合材料シンポジウム講演要旨集. 17-20 (1991)
• [文献書誌] 南 克哉,丹野 顯,伊地知 靖人,関根 英樹: "短繊維強化プラスチックスの変形挙動の数値シミュレ-ション" 日本機械学会第69期全国大会講演会講演論文集A. 910ー62. 314-316 (1991)
• [文献書誌] 神谷 庄司,関根 英樹: "連続繊維強化複合材料積層板の層厚と破壊挙動の相似則" 日本機械学会材料力学講演会講演論文集B. 910ー71. 109-111 (1991)
• [文献書誌] H.Sekine,H.Suzuki: "TensionーSoftening Relation for ShortーFiberーReinforced Composites" Internatioal Conference on Materials Engineering for Resources '91 Akita. 242-249 (1991)