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2015 年度 実績報告書

放射光マイクロイメージングと応力の同時計測による短繊維強化樹脂材料の疲労損傷評価

研究課題

研究課題/領域番号 26630014
研究機関名城大学

研究代表者

田中 啓介  名城大学, 理工学部, 教授 (80026244)

研究分担者 來海 博央  名城大学, 理工学部, 教授 (30324453)
菖蒲 敬久  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, その他部局等, 研究員 (90425562)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
キーワード機械材料・材料力学 / 疲労 / 短繊維強化樹脂 / 応力評価 / 放射光 / X線 / 破壊力学 / き裂
研究実績の概要

1.短繊維強化樹脂(SFRP)のマクロな内部応力を,母材の結晶性の熱可塑性樹脂の応力のX線測定から,応力分配係数を用いてマクロ応力を評価する手法を,反射X線を利用した側傾法ばかりでなく,透過X線を利用した並傾法に展開し,透過法によっても精度高く応力分配係数を決定することが可能となった.透過X線による応力測定法を射出成形で製作したFRP実部品に適用した.特に金属インサートを持つ実部品のウエルド近傍のひずみ分布を測定し,ひずみ分布の特徴を把握することが可能であり,実部品への適用への道を拓いた.
2.SFRP中の繊維の3次元配向状態を,繊維配向テンソルを用いて表現し,それを元にSFRPの異方性弾性定数を評価することが可能となった.さらに,この手法を逆に利用して実測した弾性定数から,X線応力測定に必要な応力分配係数を求める手法を開発した.
3.異方性弾性定数を用いて有限要素法を算出した破壊力学パラメータのうち,き裂先端開口曲率半径パラメータがき裂進展の支配力学パラメータであることを明らかにした.これによりき裂進展速度と応力拡大係数範囲に及ぼす繊維配向の影響を,材料のスティッフネスの影響と材料の進展抵抗の影響に分離することが可能となった.疲労き裂の進展速度と応力拡大係数範囲の間に成立するべき乗則に及ぼす繊維配向および板厚の影響を検討した.簡便なき裂進展駆動力パラメータとして応力拡大係数をヤング率で割った商を用いると,これらの影響は小さくなりほぼ単一の関係となる.
4.疲労き裂の進展速度と応力拡大係数範囲の関係において,環境温度が樹脂のガラス転移温度以上になると,室温より2から3オーダー加速する.これは,非弾性変形に起因するもので有り,非弾性変形効果を含めたJ積分範囲が有効な駆動力パラメータとなることを示した.

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] 透過X線法による短繊維強化樹脂複合材料の内部応力の評価2016

    • 著者名/発表者名
      清水憲一,小池祐基,山田大貴,小原田和也,田中啓介,菖蒲敬久
    • 雑誌名

      材料

      巻: 65 ページ: 印刷中

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Fatigue crack propagation in short-fiber reinforced plastics evaluated based on anisotropic fracture mechanics2016

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Tanaka, Kazuya Oharada, Daiki Yamada, Kenichi Shimizu
    • 雑誌名

      International Journal of Fatigue

      巻: 90 ページ: 印刷中

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Fatigue crack propagation in short-fiber reinforced plastics2015

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Tanaka, Kazuya Oharada, Daiki Yamada, Kenichi Shimizu
    • 雑誌名

      Frattura ed Integrita Strutturale

      巻: 34 ページ: 345-353

    • DOI

      10.3321

    • 査読あり
  • [学会発表] 異方性破壊力学パラメータによる短繊維強化CFRPにおける疲労き裂進展評価2015

    • 著者名/発表者名
      田中啓介,小原田和也,山田大貴,清水憲一
    • 学会等名
      日本機械学会,M&M2015材料力学カンファレンス
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2015-11-21 – 2015-11-23
  • [学会発表] 短繊維CFRPにおける疲労き裂進展挙動に及ぼす試験温度の影響2015

    • 著者名/発表者名
      小原田拓也,山田大貴,田中啓介,清水憲一
    • 学会等名
      日本材料学会,第17回破壊力学シンポジウム
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      2015-10-13
  • [学会発表] Fatigue crack propagation in short-fiber reinforced plastics2015

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Tanaka, Kazuya Oharada, Daiki Yamada, Kenichi Shimizu
    • 学会等名
      The 5th International Conference on Crack Paths
    • 発表場所
      Ferrara, Italy
    • 年月日
      2015-09-16 – 2015-09-17
    • 国際学会
  • [学会発表] 短繊維強化樹脂複合材料の内部応力の透過法X線測定2015

    • 著者名/発表者名
      清水憲一,小池祐基,山田大貴,小原田和也,田中啓介,菖蒲敬久
    • 学会等名
      日本材料学会 第49回X線材料強度に関するシンポジウム
    • 発表場所
      大阪
    • 年月日
      2015-07-16 – 2015-07-17
  • [学会発表] FRP製円盤部品のX線応力評価2015

    • 著者名/発表者名
      岩堀恵介,田中啓介,清水憲一,町屋修太郎,菖蒲敬久
    • 学会等名
      日本材料学会 第49回X線材料強度に関するシンポジウム
    • 発表場所
      大阪
    • 年月日
      2015-07-16 – 2015-07-17
  • [学会発表] 短繊維強化樹脂複合材料の射出成形平板における方位テンソルの3次元分布と力学異方性異方性2015

    • 著者名/発表者名
      田中啓介,福岡晴紀,清水憲一
    • 学会等名
      日本材料学会 第64期学術講演会
    • 発表場所
      山形
    • 年月日
      2015-05-22 – 2015-05-23

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公開日: 2017-01-06  

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