2020 Fiscal Year Research-status Report
Initiation of kink-band failure of a unidirectional CFRP due to microscale fiber undulation
| Project/Area Number |
20K04184
|
|---|
| Research Institution | Nihon University |
|---|
Principal Investigator |
上田 政人 日本大学, 理工学部, 准教授 (80434116)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | 炭素繊維強化プラスチック / 圧縮強度 / キンクバンド / 繊維うねり |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
一方向炭素繊維強プラスチック（CFRP）の繊維方向圧縮破壊（キンクバンド破壊）の起点となる領域を予測するための感度解析手法を提案した．この解析手法について，数値解析モデルを用いて妥当性を評価した．具体的には，繊維の最大うねり角は一定として，繊維間距離を連続的に変化させたモデル及び繊維間距離は一定として，繊維の最大うねり角を連続的に変化させたモデルを用いて，キンクバンド形成の初期段階である樹脂の塑性開始位置を予測することにより感度解析の妥当性を確認した．次に，これまでに研究報告例がある一様な繊維うねりや初期不整角を仮定した解析モデルとは異なる，繊維うねり角が正規分布に従ったランダムなうねりを有する解析モデルを構築して，圧縮破壊シミュレーションを実施した．なお，解析モデルにおける繊維うねり角の正規分布は実験による観察結果と一致させ，実際の一方向CFRPに近いモデルを作成した．感度解析を用いて本ランダムうねりモデルにおける圧縮破壊の起点を予測した結果，おおよその予測が可能であるものの，明確な判定は難しいことが明らかとなった．一方で，実際の一方向CFRPでは繊維うねりのクラスターが確認されているため，このクラスターを考慮した解析モデルを用いて圧縮破壊シミュレーションを実施した結果，感度解析により圧縮破壊の起点が良く予測できることを示した．
このように実際の一方向CFRPの繊維うねり角分布に従う解析モデルを構築して圧縮破壊シミュレーションを実施し，この数値シミュレーションをベースに感度解析による圧縮破壊の起点の予測方法を提案することによって，圧縮破壊の起点に与える影響の大きい因子を定量的に明らかにした．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度の研究目標としては，繊維うねり角分布を実際の一方向CFRPにおける観察結果と一致させた解析モデルを構築して，その数値シミュレーションにより，圧縮破壊の起点となる領域を予測する感度解析手法を提案し，圧縮破壊の起点に与える影響の大きい因子を定量的に明らかにすることであった．この目標に対して十分な成果が得られており，進捗状況は順調であると判断する．
|
| Strategy for Future Research Activity |
一方向CFRPの圧縮破壊シミュレーションでは，これまでに一様な繊維うねりまたは一定の初期不整角を有する現実とは異なる解析モデルが用いられてきた．今後は，X線コンピュータ断層撮影（CT）装置を用いてCFRPの断層画像を取得し，これより各繊維のうねりを再現した一方向CFRPの3次元モデルを構築する．圧縮強度の異なる一方向CFRPにおいては繊維のランダムなうねり（揺らぎ）状況が異なると考えられるから，繊維の揺らぎ状況を定量的に明らかにする．この結果に感度解析を適用して，キンクバンド破壊が生じる起点の予測を行い，実験結果や数値シミュレーション結果との比較を行っていく．
なお，研究計画については変更はなく，当初の計画通りに遂行する．
|
| Causes of Carryover |
計算機の購入代金が予定より安くなり，また，学会発表がオンラインとなったために旅費が不要となったことから，次年度使用額が生じた．この次年度使用額については，実験のための材料費及び副資材の購入費として使用する．
|
