| 研究課題/領域番号 |
15K06607
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| 研究機関 | 上智大学 |
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研究代表者 |
末益 博志 上智大学, 理工学部, 教授 (20134661)
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| 研究分担者 |
長嶋 利夫 上智大学, 理工学部, 教授 (10338436)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | CFRP積層板 / 圧縮破壊 / 応力集中 / 体積効果 / せん断不安定 / 破壊進展条件 |
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| 研究実績の概要 |
応力集中部からの圧縮破壊は、最大応力値とその広がりの影響を受けるので、損傷発生だけでなく、応力の変化する応力集中部での損傷進展条件も考慮しなければならない。このため、現象の把握と強度予測の非常に困難な問題となっている。
初年度は、破壊発生進展を直接観測でき、応力集中の影響を系統的に調べることができるような試験方法を提案し、切り欠き端の半径の異なる一方向材および擬似等方性の試験片板に対して試験を実施した。破壊荷重および破壊状況への切り欠き端の応力集中の影響を観察した。また、切り欠きを有する一方向強化材料板および擬似等方性積層板に対して有限要素解析を実施した。圧縮荷重と最大応力の関係を明らかにし、この結果を基礎として実験データを整理し、損傷発生時の最大応力を知ることができた。この結果、応力集中係数が大きいほど圧縮破壊発生荷重は低いが、最大応力でみると逆に応力集中係数が大きいほど最大応力が高いという結果となり、圧縮破壊発生に関して体積効果（応力集中部の体積が大きくなるほど破壊発生源の存在確率が高い）があることを示した。また圧縮不安定荷重を固有値解析により求めたが、最大応力～せん断弾性率で最大応力点の要素が（要素の寸法と無関係に）局部的に不安定となるという結果が得られた。応力集中部においても、微視的な材料構造の弾性不安定現象として扱うことでは実際の破壊強度を十分精度よく予測できず、微視構造部分に発生する非弾性現象と損傷の進展条件等も圧縮破壊に大きく寄与していることが推察される。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
実験では、提案した実験治具が圧縮実験で機能し、実験中に破壊現象の観察が可能であることを示すことができ、一方向板及び擬似等方性板に関して実験を実施し、知見を得ることができた。
数値解析では、試験片の有限要素モデル化が完成し、解析を進めることができた。計算結果に基づいて、実験結果の整理を行い現象の理解に役立てることができた。
等、初年度の予定としてはおおむね順調に研究が進んでいると考える。
ただ、損傷進展解析は様々な数値解析的な困難が発生し、今後の努力が必要であることを認識することができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
初年度に引き続き、圧縮実験を実施し、破壊に関する知見の蓄積に努める。
本年度は、CFRPメーカーに一方向積層板と積層数を変えた擬似等方性板の作製を依頼した。試験板入手後、破壊実験を実施し、材料特性や寸法などが強度や破壊現象に及ぼす影響を明らかにしたい。
数値解析では、損傷解析を実施し、損傷・破壊現象を精度良く効率的に実施するための条件等を明らかにする。この知見に基づいて損傷発生進展および最終破壊強度を支配する要因を特定することに努める。
これらの結果を総合し、理論解析法の提案を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
昨年度購入予定であった複合材料試験片が手に入らなかったために、急遽、複合材料メーカーに試験片を依頼したところ、共同研究ということで最新の材料を提供していただいた。したがって初期に予定していた試験片購入代が不要になったために、試験治具や試験片作製用工具等を購入したが、かなりな金額を次年度に使用することになった。
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| 次年度使用額の使用計画 |
圧縮試験を再現性と精度を高めるために試験治具を改良するための費用と、試験片作製用の複合材料プリプレグを購入することに使用予定である。
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