マイクロ繊維分散熱可塑母相系複合材料の熱・塑性構成則モデルに関する研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11750083
• 研究機関: 九州工業大学
• 研究代表者: 呉 亜東 九州工業大学, 情報工学部, 助手 (60304870)
• キーワード: 複合材料 / 弾塑性 / 熱挙動 / 理論モデル / 計算力学 / 均質化法

研究概要

一般にマイクロ繊維分散複合材料の繊維は微小で、繊維の内部歪み・熱膨張率などの状態を歪みケージで測定する事が困難である。そこで本研究では、複合材料の局所領域の応力分布、損傷分布に関する物理的な現象を数値的に解明するため、大規模な有限要素法解析によるメゾ・メカニックス解析とシミュレーションを実施した。さらに、複合材料内部の微視的で複雑な現象とその影響を考慮し、マイクロ繊維分散複合材料に関して新しい構成則モデルを構築した。最終の目的として検証された新しい構成則モデルを用い、マイクロ繊維分散複合材料とそれによる構造物の熱・弾塑性挙動を解析した。
まず従来のモデルを再検討し、従来のモデルの不合理性と適用範囲が限定されている原因を指摘した。平成11年度で構築した局所領域における熱・弾塑性挙動に関する混合モデルを用い、数値計算で複合材料内部、例えば繊維介在相又は母相の平均剛性などを求めた。また実験で得られた結果及びメゾ・メカニックス解析得られた結果と比較し、熱・応力評価における混合モデルの信頼性と適用性を検証した。最終的目標として複合材料の巨視的な熱・弾塑性構成則モデルの構築を完成した。その熱・弾塑性構成則モデルでは以下の内容を取り扱った。(1)従来のモデルが解決できなかった問題、即ち複合材料の局所的な熱・応力分布が繊維分散複合材料の巨視的な熱・弾塑性に及ぼす影響を考慮した。(2)高速度コンピュータによるシミュレーション及び実験結果と比較し、高い精度を持つことを確認した。(3)繊維分散複合材料の微視的で複雑な物理現象と巨視的な熱・弾塑性・損傷挙動を正しく表現できた。この研究の成果を示す手段として、本研究で開発した熱・弾塑性構成則モデルを用い解析した結果を国内外の学会で発表した。最終的には本研究で構築したモデルに基づいて繊維分散複合材料の材料設計者が簡単に使用できるようにプログラミングに作成した。

研究成果

• [文献書誌] Y.D.Wu,M.NAKAGAKI: "Analysis of Local Stress Distribution around Elliptic Cracks in Fiber Dispersed Composite by Accounting for its Global Non-homogeneity"Proceeding of the Eighth International Conference on Nuclear Engineering. 1・2. 8050-8 (2000)
• [文献書誌] Y.D.Wu,M.NAKAGAKI: "Theoretical Analysis and Evaluation of Stress Concentration at Surface of Fiber Inclusions by Considering Global Anisotropy of Composite"Procceding of The Sccond Asian-Australasian Conference on Composite Materials. 12・1. 937-942 (2000)
• [文献書誌] Michihiko Nakagaki, Yadong Wu: "Equivalent Inclusion Model for Particle Dispersed Composite with Nonlinear Material Behaviors"Proceeding of International Conference on Computationla Engineering & Sciences. 1・2. 163-168 (2000)
• [文献書誌] Y.D.Wu,M.NAKAGAKI: "Constitutive Model for Fiber Dispersed Composites taking account of Mesolocal Inhomogeneity and Anisotropy due to Inclusions Disposition"Proceeding of International Conference on Computationla Engineering & Sciences. 1・2. 1122-1127 (2000)
• [文献書誌] Y.D.Wu,M.NAKAGAKI: "Localized Rigidity Concept for Modeling Nonlinear Material Behavior of Composite with Self-consistent Equivalent Inclusion Method"Proceeding of European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering. 1・1. 11 (2000)
• [文献書誌] 呉亜東,中垣通彦: "Rigidity Model for Graphite with Pores Inducing Damage in the Vicinity"日本計算工学会論文集. 5・1. 24-26 (2000)