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2014 年度 実績報告書

ミクロ界面挙動を考慮したCFRP積層板の3次元非弾性・損傷解析手法の開発と実証

研究課題

研究課題/領域番号 14J02028
研究機関筑波大学

研究代表者

後藤 圭太  筑波大学, システム情報工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2014-04-25 – 2015-03-31
キーワードCFRP / 均質化理論 / マルチスケール / 有限要素法 / 損傷解析 / 界面
研究実績の概要

本研究の目的は,CFRP積層板の繊維/樹脂接着面やラミナ同士の接着面(層間),あるいは端部(フリーエッジ)といったミクロ界面における損傷挙動を3次元的に解析可能な理論・手法を構築し,CFRP構造部材の高精度設計・評価技術の確立に資することにある.このため,報告者が取り組んできた均質化法に基づくミクロ界面解析手法に,損傷判定則としてHoffman則を導入した.提案手法では,損傷判定により損傷と判定された要素の弾性係数を1/100とすることで,擬似的に損傷を再現した.提案手法を用いて,繊維軸直交方向引張負荷を受ける端部を有する一方向CFRPの損傷進展解析を実施し,無限体を仮定したモデルとの比較解析を行った.その結果,端部を有することで初期損傷が発生する際のマクロ応力・ひずみが共に低下することが示され,初期損傷が発生した際の端部近傍のミクロ損傷分布より,引張負荷方向ミクロ応力によって,繊維/樹脂接着面で急激に損傷が発生・進展することが確認された.以上の結果より,本研究で提案したミクロ界面挙動を考慮した損傷解析手法を用いることで,CFRP積層板の界面で発生するミクロ損傷挙動を3次元的に解析可能であることが示された.
加えて,実験結果との比較解析で使用するCFRP積層板の材料定数を取得するため,一方向CFRP(東レ・T700SC/#2592)の静的引張試験を実施した.さらに,実験結果を基に同定した材料定数を用いて一方向CFRPの弾-粘塑性解析を行った結果,これらの材料定数は,CFRP積層板の力学挙動を粘塑性域まで含めて精度良く再現可能であることが示された.今後は,これらの材料定数を用いて上記の損傷解析を実施し,実験結果と解析結果の比較・検討を行う.

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (3件) (うち謝辞記載あり 2件、 査読あり 2件) 学会発表 (6件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Effects of Fiber Arrangement on Negative Poisson's Ratio of Angle-Ply CFRP Laminates: Analysis Based on a Homogenization Theory2015

    • 著者名/発表者名
      T. Matsuda, K. Goto, N. Ohno
    • 雑誌名

      Advanced Structured Materials

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      10.1007/978-3-319-19440-0_10

    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Fully-Modeled Unit Cell Analysis for Macro/Micro Elastic-Viscoplastic Behavior of Quasi-Isotropic CFRP Laminates2015

    • 著者名/発表者名
      K. Goto, T. Matsuda, N. Kubota
    • 雑誌名

      Key Engineering Materials

      巻: 626 ページ: 512-517

    • DOI

      10.4028/www.scientific.net/KEM.626.512

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Negative Through-the-Thickness Poisson's Ratio of Elastic-Viscoplastic Angle-Ply Carbon Fiber-Reinforced Plastic Laminates: Homogenization Analysis2014

    • 著者名/発表者名
      T. Matsuda, K. Goto, N. Kubota, N. Ohno
    • 雑誌名

      International Journal of Plasticity

      巻: 63 ページ: 152-169

    • DOI

      10.1016/j.ijplas.2014.05.007

    • 査読あり
  • [学会発表] Negative Poisson's Ratio of Elastic-Viscoplastic Angle-Ply CFRP Laminates: Homogenization Analysis2015

    • 著者名/発表者名
      T. Matsuda, K. Goto, N. Ohno
    • 学会等名
      International Symposium on Plasticity 2015
    • 発表場所
      Montego Bay (Jamaica)
    • 年月日
      2015-01-04 – 2015-01-09
    • 招待講演
  • [学会発表] 平織積層板のマクロ/メゾ/ミクロ非弾性解析手法の開発と実験的評価2014

    • 著者名/発表者名
      大出航平, 松田哲也, 後藤圭太
    • 学会等名
      日本機械学会第27回計算力学講演会
    • 発表場所
      岩手大学 (岩手県)
    • 年月日
      2014-11-22 – 2014-11-24
  • [学会発表] アングルプライCFRP積層板の負の積層方向ポアソン比に関するマルチスケール解析(弾-粘塑性挙動と微視的メカニズム)2014

    • 著者名/発表者名
      後藤圭太, 松田哲也, 大野信忠
    • 学会等名
      日本複合材料学会第39回複合材料シンポジウム
    • 発表場所
      秋田大学 (秋田県)
    • 年月日
      2014-09-18 – 2014-09-19
  • [学会発表] Fully-Modeled Unit Cell Analysis for Macro/Micro Elastic-Viscoplastic Behavior of Quasi-Isotropic CFRP Laminates2014

    • 著者名/発表者名
      K. Goto, T. Matsuda, N. Kubota
    • 学会等名
      12th Asia-Pacific Conference on Engineering Plasticity and Its Applications
    • 発表場所
      Kaohsiung (Taiwan)
    • 年月日
      2014-09-01 – 2014-09-05
  • [学会発表] アングルプライCFRP積層板の弾-粘塑性挙動における負のポアソン比(均質化理論に基づく解析)2014

    • 著者名/発表者名
      後藤圭太, 松田哲也, 大野信忠
    • 学会等名
      日本機械学会M&M2014材料力学カンファレンス
    • 発表場所
      福島大学 (福島県)
    • 年月日
      2014-07-18 – 2014-07-21
  • [学会発表] Negative Poisson's Ratio of Elastic-Viscoplastic CFRP Laminates: Homogenization Analysis2014

    • 著者名/発表者名
      T. Matsuda, K. Goto, N. Ohno
    • 学会等名
      17th U.S. National Congress on Theoretical and Applied Mechanics
    • 発表場所
      Michigan (U.S.A.)
    • 年月日
      2014-06-15 – 2014-06-20

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公開日: 2016-06-01   更新日: 2023-03-16  

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