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2013 年度 実績報告書

次世代熱アクティブ複合材料の破壊・疲労挙動解明と高性能・長寿命化

研究課題

研究課題/領域番号 23760083
研究機関東北大学

研究代表者

竹田 智  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70451531)

キーワード複合材料力学 / 数値シミュレーション / 材料試験 / 熱アクティブ複合材料 / カーボンナノチューブ / 高分子材料 / 破壊・変形・疲労 / インテリジェント構造材料システム
研究概要

本研究は,次世代熱アクティブ複合材料を取り上げ,破壊・疲労挙動を数値シミュレーション・実験両面から解明・制御して,高性能・長寿命化を図ることを目的としている.得られた成果を要約すると以下の通りである.
1. (1)織物炭素繊維強化プラスチック(CFRP)/形状記憶ポリマー(SMP)積層片持ちはりを取り上げ,先端集中荷重による曲げ試験及び三次元有限要素解析を行い,曲げ剛性の温度依存性を解明・考察した.(2)織物CFRP/SMP積層はりの3点曲げ試験及び三次元有限要素解析を行い,曲げ破壊挙動を明らかにした.(3)織物CFRP/SMP積層はりの3点曲げ疲労試験を行って,繰返し荷重-変位曲線及び破壊繰返し数を測定した.また,繰返し荷重負荷後,織物CFRP/SMP積層はりの曲げ剛性を評価し,曲げ剛性に及ぼす繰返し荷重の影響を解明した.さらに,三次元有限要素解析を行い,曲げ剛性及び内部応力を求めて,実験結果に理論的検討を加えた.
2. (1)ポリマーへのカーボンナノチューブ(CNT)分散による破壊・疲労検知機能付与に関する基礎的検討として,CNT分散ポリマー複合材料の電気伝導特性や電気抵抗変化による変形検知機能を明らかにした.(2)CNT分散ポリマー複合材料の引張-引張疲労試験及び電気抵抗測定を行い,疲労挙動のCNT含有量依存性や電気抵抗変化による疲労損傷検知機能を解明した.また,走査型電子顕微鏡(SEM)による破面観察を行い,破壊形態について検討を加えた.(3)き裂を有するCNT分散ポリマー複合材料の静的混合モードI/II・高速モードI破壊試験及び電気抵抗測定を行い,き裂進展と電気抵抗との関係を解明した.また,弾塑性有限要素解析・電気抵抗モデル計算を行い,破壊挙動・き裂検知機能に関する実験結果に理論的検討を加えた.さらに,SEMによる破面観察を行い,破壊形態について考察した.

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (4件)

  • [雑誌論文] Flexural Stiffness Variations of Woven Carbon Fiber Composite/Shape Memory Polymer Hybrid Layered Beams2014

    • 著者名/発表者名
      Tomo Takeda, Yasuhide Shindo, Fumio Narita
    • 雑誌名

      Journal of Composite Materials

      巻: (in press)

    • DOI

      10.1177/0021998313515458

    • 査読あり
  • [学会発表] 高速引張を受けるき裂を有するカーボンナノチューブ-ポリマー複合材料の破壊・電気抵抗挙動2013

    • 著者名/発表者名
      竹田 智,進藤 裕英,成田 史生
    • 学会等名
      日本機械学会東北支部第49期秋季講演会
    • 発表場所
      岩手大学工学部(盛岡市)
    • 年月日
      20130920-20130920
  • [学会発表] Mixed-mode I/II Crack and Electrical Resistance Behaviors of Carbon Nanotube/Polymer Composites2013

    • 著者名/発表者名
      Yasuhide Shindo, Tomo Takeda, Fumitsugu Naraoka, Yu Kuronuma, Fumio Narita
    • 学会等名
      SES 50th Annual Technical Meeting and ASME-AMD Annual Summer Meeting
    • 発表場所
      Providence, Rhode Island, U.S.A.
    • 年月日
      20130728-31
  • [学会発表] Tension-tension Fatigue and Electrical Resistance of Carbon Nanotube/Polymer Composites at Cryogenic Temperatures2013

    • 著者名/発表者名
      Yasuhide Shindo, Tomo Takeda, Zhijuan Wei, Yu Kuronuma, Fumio Narita
    • 学会等名
      13th International Conference on Fracture (ICF13)
    • 発表場所
      Beijing, China
    • 年月日
      20130616-20130621
  • [学会発表] Loading Rate Dependence of Crack and Electrical Resistance Behaviors for Carbon Nanotube-based Polymer Composites Subjected to Tensile Loading2013

    • 著者名/発表者名
      Tomo Takeda, Yu Kuronuma, Yasuhide Shindo, Fumio Narita
    • 学会等名
      FEOFS 2013 The 9th International Conference on Fracture and Strength of Solids
    • 発表場所
      Jeju, Korea
    • 年月日
      20130609-20130613

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公開日: 2015-05-28  

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