2019 Fiscal Year Annual Research Report
Prediction of failure in stress concentartion area of a complicated carbon fiber reinforced plastic part considering the microscopic structure
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17K06063
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
上田 政人 日本大学, 理工学部, 准教授 (80434116)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | CFRTP / 炭素繊維 / 熱可塑性樹脂 / プレス成形 / 材料強度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
一方向炭素繊維強化熱可塑性プラスチック（CFRTP）のチョップドテープを用いた加熱プレス成形は，部品の形状自由度が高く，生産性とリサイクル性とに優れている．しかしながら，成形時には部品形状に依存して繊維の再配向が生じ，材料特性が局所的に変化する．従って，このCFRTPのチョップドテープによる加熱プレス成形品には，特別な設計手法が必要である．本研究では，このチョップドテープの加熱プレス成形により製作したL型試験片に対して曲げ試験を実施することにより，曲がり部の力学特性を測定した．L型試験片の曲がり部形状を変化させて実験を行った結果，破壊モードはその形状によらず全てはく離損傷であったことから，はく離損傷を予測することによって強度予測が可能であるかについて詳細な検討を行った．JIS K 7092に準拠して層間せん断強度の測定を行い，本材料の層間せん断強度を取得した．この値を用いて，有限要素法によりL型試験片の曲げ試験の数値解析を行った．この結果，おおよその強度予測が可能であることが明らかとなった．しかしながら，解析結果と比較して，実験においては試験片に依存して剛性や強度が低い場合が観察された．試験後のL型試験片についてX線コンピュータ断層撮影を行うことにより，内部観察を行った．その結果，試験片内部の曲がり部においてボイドが生じているものがあり，また，このボイドの端からクラックが進展している様子が観察された．このようなボイドが剛性や強度の低下を引き起こしていた．以上の結果より，CFRTPのチョップドテープを用いた加熱プレス成形による複雑形状部品のおおよその強度予測が可能であることを明らかにしたが，成形時に混入するボイドによって強度が低下することが明らかとなった．
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