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2014 年度 実績報告書

計算画像診断から展開する先進複合材料の複雑系力学

研究課題

研究課題/領域番号 25289004
研究機関京都大学

研究代表者

北條 正樹  京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70252492)

研究分担者 西川 雅章  京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60512085)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード計算画像診断 / 先進複合材料 / 複雑系マイクロメカニクス / 力学微視構造 / 変形評価
研究実績の概要

複合材料の構造成形におけるプリフォーム技術の高度化のためには,繊維・樹脂から成る力学微視構造に依存する三次元微視的変形を追跡し,製造後の初期微視構造を制御し,残留応力低減を図る試みや強度・長期耐久性の観点から力学微視構造を最適化する試みが必要不可欠である.本年度は特に,複合材料構造製造時のプリフォーム(繊維基材)の賦形に着目して,残留変形低減の検討に重要となる賦形時の基材の非線形変形特性をステレオ画像計測による三次元変形評価技術(イメージベース計測)により評価するとともに,それらを予測するための力学モデルについて検討した.
1. 織物プリフォームに対して先端の曲率半径の異なる圧子を用いて角部の賦形を模擬した押込み試験を実施した.繊維束同士の滑りが生じる際に織物プロフォームに生じるひずみが急増し,この滑り変形開始は圧子先端の形状にあまり依存しないことが分かった.
2. 織物プリフォームの引張弾性率と曲げ弾性率を試験により求め,それらを考慮できる織物プリフォームの三層モデルを構築した.さらに接触解析により圧子押込み試験をモデル化し,実験で見られたひずみ増加の傾向を概ね表現できた.賦形時のブランクホルダーの把持力の違いは,プリフォーム中の初期のひずみ増加にはほとんど影響せず,最終的な圧子先端のひずみ量に主に影響すること等が明らかとなった.
3. 上記の実験および力学モデルにより,圧子形状について,先端の曲線部と直線形状部との境界で圧子との摩擦状態の違いから繊維束間隔の大きな拡がりが見られることが確認でき,圧子形状との関係が重要であることが明らかとなった.

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

複合材料構造成形時のプリフォーム基材の賦形において繊維束の幾何学的配置は変化し,それにより最終的に得られる構造強度に影響を及ぼす.このような賦形時の材料内部構造(繊維束配置)の変化をイメージベース計測により実験的に評価することが可能となった.また,賦形時における材料の複雑な非線形変形を有限要素解析モデルによって簡便に予測し,賦形したい形状との関係について検討可能なモデルを構築した.これらの評価法を利用して,実際に織物プリフォームを用いた賦形を模擬した圧子押込み試験を実施し,一定の知見を得ている.

今後の研究の推進方策

複合材料の構造強度や長期耐久性に及ぼす材料内部の力学微視構造の影響について評価するため,初年度は,特に繊維と樹脂から成る複合材料内部の樹脂部の損傷を評価する手法に着目し,サーモグラフィを用いた散逸エネルギ評価法による実験的計測と,そのモデル化法として均質化法を利用した解析について検討した.今年度は,賦形時において想定される強化繊維の幾何学配置変化を評価するためのイメージベース計測と,賦形を模擬した有限要素モデルに基づく接触解析について取り組んだ.最終年度は,今年度の力学モデルをさらに深め,賦形時における材料非線形変形を繊維束間滑り等の微視的状況を反映したモデルに発展させ,より詳細な解析により知見を得ることを検討している.また,強化繊維の幾何学配置と強度の関係を解析可能とする三次元繊維変形シミュレーションの構築により,材料内部の力学微視構造の変化を反映した強度解析・評価法について検討する予定である.

次年度使用額が生じた理由

当初計画していた実験用供試材が入手できなかったため.

次年度使用額の使用計画

実験用供試材の購入費として利用予定である.

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (8件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] CF/PA6積層板の熱融着を利用した衝撃損傷修復と圧縮強度の回復2015

    • 著者名/発表者名
      金崎真人,内城千翔,田中基嗣,斉藤博嗣,西川雅章,北條正樹,金原勲
    • 雑誌名

      日本複合材料学会誌

      巻: 41 ページ: 33-44

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 熱可塑性を利用したCF/PA6積層板の衝撃損傷修復と残留圧縮強度の評価2014

    • 著者名/発表者名
      金崎真人,内城千翔,田中基嗣,斉藤博嗣,西川雅章,北條正樹,金原勲
    • 雑誌名

      日本複合材料学会誌

      巻: 40 ページ: 106-117

    • 査読あり
  • [学会発表] 炭素繊維織物の織り構造の違いによる曲げ特性への影響の評価2015

    • 著者名/発表者名
      高橋奈緒子,森田早紀,西川雅章,北條正樹
    • 学会等名
      日本機械学会 関西学生会平成26年度学生員卒業研究発表会
    • 発表場所
      京都大学 桂キャンパス
    • 年月日
      2015-03-14
  • [学会発表] 融着によるCF/PA6積層板の層間はく離の修復と融着部の力学的評価2015

    • 著者名/発表者名
      金崎真人,内城千翔,田中基嗣,斉藤博嗣,北條正樹,鵜澤潔,金原勲
    • 学会等名
      第6回日本複合材料会議(JCCM-6)
    • 発表場所
      東京理科大学 葛飾キャンパス
    • 年月日
      2015-03-06
  • [学会発表] 不連続CFRTPの塑性特性の実験と解析2015

    • 著者名/発表者名
      福造晃,西川雅章,北條正樹
    • 学会等名
      第6回日本複合材料会議(JCCM-6)
    • 発表場所
      東京理科大学 葛飾キャンパス
    • 年月日
      2015-03-04
  • [学会発表] 角部を有する構造のための織物プリフォーム賦形における繊維束変形の評価2014

    • 著者名/発表者名
      森田早紀,西川雅章,北條正樹
    • 学会等名
      第39回複合材料シンポジウム
    • 発表場所
      秋田大学 手形キャンパス
    • 年月日
      2014-09-19
  • [学会発表] 熱融着を目的としたCF/PA6複合材料の平行平板間における繊維・樹脂流動特性評価2014

    • 著者名/発表者名
      北口尚紀,金崎真人,西川雅章,北條正樹
    • 学会等名
      第39回複合材料シンポジウム
    • 発表場所
      秋田大学 手形キャンパス
    • 年月日
      2014-09-18
  • [学会発表] 射出成形されたCFRTPの非線形力学特性の解析2014

    • 著者名/発表者名
      福造晃,西川雅章,北條正樹
    • 学会等名
      第39回複合材料シンポジウム
    • 発表場所
      秋田大学 手形キャンパス
    • 年月日
      2014-09-18
  • [学会発表] CF/PA6積層板の修復における衝撃損傷の形態と熱融着による圧縮強度の回復2014

    • 著者名/発表者名
      金崎 真人,内城 千翔,田中 基嗣,斉藤 博嗣,西川 雅章,北條 正樹,金原 勲
    • 学会等名
      2014年度 JCOM 若手シンポジウム
    • 発表場所
      高知工科大学 香美キャンパス
    • 年月日
      2014-09-02
  • [学会発表] CF/PA6積層板の衝撃損傷形態と熱融着による損傷修復後の面内圧縮強度2014

    • 著者名/発表者名
      金崎真人,内城千翔,田中基嗣,斉藤博嗣,西川雅章,北條正樹,金原勲
    • 学会等名
      日本機械学会M&M2014材料力学カンファレス
    • 発表場所
      福島大学 金谷川キャンパス
    • 年月日
      2014-07-20
  • [備考] http://ams.me.kyoto-u.ac.jp

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公開日: 2016-06-01  

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