2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of fiber-reinforcement-based crack arrester for composite bonded joints
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17H03475
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
水口 周 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (70512359)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | クラックアレスタ / 剥離 / 複合材料 / 損傷許容性 / 樹脂亀裂 / 伸張成形 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Tジョイントは航空機構造において，縦と横の部材を結合する役割を担うが，強度が低くまたそのばらつきも大きい。さらには成形残留応力や製造欠陥により，内部に亀裂が発生することもある。Tジョイントの信頼性向上のためには、これら初期破壊からの亀裂進展を抑制する必要がある。そこでフランジ/スキン界面に繊維強化型アレスタを導入し、Tジョイントの最終破壊を遅延させることを試みた。アレスタの導入により初期破壊荷重を低下させずに亀裂進展抵抗を著しく向上できること、また繊維強化型アレスタの導入位置および交差繊維構成によって亀裂停止特性が変化することを明らかにした。アレスタを導入したフランジ/スキン界面以外にも複数個所で亀裂が発生したが、最終破壊はアレスタが破損するまで生じず、フランジ/スキン界面にアレスタを導入することの高い有効性が確認された。以上より、繊維強化型アレスタを用いることで、初期破壊が発生した場合においても構造としての信頼性を維持できることが示された。また，これまでアレスタの亀裂停止機能を評価している際に，アレスタが端部から剥離し，アレスタ自体が破壊する場合があるという課題があった。そこで，層端部での応力集中を抑制するため、層端部の繊維を局所的に屈曲させるPly Curving Termination(PCT)を発案し基礎的な検証を行った。終端層を有する代表的部位であるプライドロップオフの剥離抑制や積層板の端面剥離や樹脂亀裂の抑制に高い効果があることを有限要素解析と実証試験によって確認した。さらに、従来は不連続短繊維を用いて行われていた複雑形状部材の伸張成形への適用性を検討するため、PCTを応用した繊維屈曲材の成形性評価も行った。屈曲部が高い伸張性を有すること、またこの繊維屈曲材には短繊維材のような応力集中部となる繊維端を含まないことから、引張疲労特性が著しく向上することを確認した。
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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