2023 Fiscal Year Annual Research Report
CFRPの微視的損傷メカニズムを考慮した疲労損傷解析手法の構築と疲労寿命予測
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22K20400
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
青木 涼馬 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (60967868)
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| Project Period (FY) |
2022-08-31 – 2024-03-31
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| Keywords | 炭素繊維強化複合材料 / 疲労負荷 / 微視的損傷進展 / 有限要素解析 / 残留強度評価 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，炭素繊維複合材料（CFRP）の長期運用時の健全性評価に向けて，CFRPの微視的損傷を考慮した疲労損傷モデルの構築及び解析手法の開発を目的としている．疲労負荷によって生じる微視的損傷の累積メカニズムを数値解析的に明らかにし，CFRP積層板の層内の巨視的なき裂が形成されるまでの微視的損傷を定量的に評価することを目指す．層内に累積する微視的損傷がCFRP積層板の疲労後残留剛性・残留強度と疲労寿命に与える影響を評価する．
本年度は前年度に構築したCFRPのミクロスケール疲労損傷解析手法の数値解析的検証に加えて、そこから発展させたCFRP積層板の疲労後残留強度予測手法の開発に取り組んだ。ミクロスケール解析では，繰り返し負荷下におけるマイクロクラックの発生・進展の様子から巨視的なき裂が形成される過程を数値解析上で模擬できることを検証した。また本手法について、様々な繰り返し負荷条件への適用を試みた。繰り返し負荷の荷重レベルだけではなく、2種類の負荷レベルを組み合わせた複合疲労条件での解析が可能となるように拡張した。CFRP積層板の残留強度予測では、特定のサイクル数まで疲労解析を行い、解析モデルでの疲労後の損傷状態を初期値とする静的損傷解析を行うことで残存強度を予測する方法を確立した。数種類の積層板での疲労後残留強度データと比較することで、残留強度予測の精度検証を行った。本提案手法は定量的な一致については課題が残るものの、疲労後の残存強度予測に有用であることが実証できた。
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