2022 Fiscal Year Annual Research Report
Observation and mechanics of 3D + fatigue failure precursor phenomenon of CFRP interface region with ultra-high precision X-ray microscope
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20H02028
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
北條 正樹 京都大学, 工学研究科, 名誉教授 (70252492)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
木村 正雄 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 教授 (00373746)
西川 雅章 京都大学, 工学研究科, 准教授 (60512085)
松田 直樹 福井大学, 学術研究院工学系部門, 准教授 (90756818)
大島 草太 東京都立大学, システムデザイン研究科, 助教 (90885112)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | CFRP / 破壊力学特性 / メゾスケール / X線顕微鏡（CT） / イメージベイスドモデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
炭素繊維強化樹脂基複合材料(CFRP)は航空機構造材料としての利用が進んでおり，CFRPを積層板の各プライレベルで均質異方性材料とみなしたマクロな破壊の研究も進んでいる．一方で，繊維と樹脂といった構成材料レベルのメゾスケールやさらに樹脂の破壊に関する微視スケールの現象を調べることで，積層板のマクロな破壊の前駆現象についてさらなる力学的な理解につながることが期待される．
そこで，本研究課題ではメゾスケールおよびナノスケールでの空間分解能を有するX線顕微鏡(CT)によりCFRPのモードI負荷および混合モード下におけるき裂先端損傷領域での観察を行ってきた．これらの結果を基に，３次元画像に基づくモデル解析を検討し，有限要素法に基づく数値解析を用いて，繊維間距離や最大主応力，静水圧応力，応力三軸度の関係について評価を行うことで，CFRPのき裂先端において界面はく離が先行し，樹脂破壊が遅れて発生する力学原理が明らかとなった．
また，メゾスケール領域において繊維の配列は実際には均一かつ直線状ではなく，繊維よれが起きることもしばしばある．実際のCFRPにおいては，このような領域が起点となり，繊維の微視座屈が前駆現象となって特に圧縮負荷における破壊形態に大きな影響があることから，この現象に対して積層板の破壊特性を解析するDGD（変形勾配分解）法を用いた計算モデルを構築した．
これらの成果により，CFRPのメゾスケール構造が破壊現象に与える影響についての力学モデルに関して一定の知見を得たと言える．
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| Research Progress Status |
令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。
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