複合材料の損傷のメゾスコピック・モデリング

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10650094
• 研究機関: 大阪市立大学
• 研究代表者: 元木 信弥 大阪市立大学, 工学部, 教授 (40221626)
• キーワード: 損傷力学 / 複合材料 / 非破壊評価 / 構成式 / 超音波板波

研究概要

これまでに、損傷力学と塑性理論を結びつけた新しい理論的枠組みを作り、複合材料の損傷の構成式を提案してその有効性を確認してきた。特にこれまで、任意の積層構成を持つ積層板のき裂損傷に対して適用可能な構成式を構築したが、曲げ負荷によるき裂損傷に対してもこの考え方が適用できることを理論・実験の両面から示した。また、超音波伝播の基礎となる損傷後の積層板の、種々の弾性係数の変化を予測する理論を構築し、実験との非常に良い一致を得た。これによって、板波超音波を用いた損傷の非破壊評価への見通しが明確になった。また、複合材料の損傷評価システムのための、複合材料用EMATの開発を目指して、フレキシブルプリント基板にコイルをエッチングしてGFRP一方向材に埋め込み、このコイルに発生するローレンツ力によって、超音波が発生すること、および超音波の検出が行えることを明らかにした。この複合材料用EMATによって、表面状態によらない損傷評価法の開発が可能となる。
超音波による損傷の同定に関しては、粒子分散複合材料の、静的負荷による損傷の同定と音響異方性の検討昨年に引き続いて詳細に行った。粒子-マトリックス界面き裂を導入するために、粒子分散複合材料の製造の際に、離型剤を混合することによって、粒子-マトリックス界面の強度を制御できることを明らかにした。離型剤濃度を適切に調整することによって、界面き裂の発達の度合いを制御した粒子分散複合材科の試料を作製し、一軸負荷をかけて界面き裂損傷を発達させ超音波によって(特に横波音速の音響異方性によって)弾性定数のの低下を定量的に測定できることを明らかにした。これによって損傷の程度、損傷の方向などを精密に同定できる可能性を明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] 元木信弥、元山貴晴 他: "粒子分散複合材料の界面き裂損傷の発達と超音波による非破壊評価"第29回FRPシンポジウム講演論文集. (発表予定). (2000)
• [文献書誌] 元木信弥、元山貴晴: "粒子分散複合材料の損傷による音響複屈折"第28回機械学会関西支部大会講演論文集. 8・19-8・20 (1999)
• [文献書誌] 和田 明浩、元木 信弥 他: "損傷力学的手法による複合材料積層板の弾性率低下の予測"材料. 48, 5. 454-458 (1999)
• [文献書誌] A.Wada, S.Motogi et al.,: "Damage Mechanics Approach to Nolinear behavior of FRP Laminates with Cracking Layers"Advanced Composite Materials. 8, 3. 217-234 (1999)
• [文献書誌] A.Wada, S.Motogi et al.,: "Damage Mechanics Formulation of Crack Evolution Process in Composite Laminates under Plane Stress Condition"J. Reinforced Plastics and Composites. (in printing). (2000)