粘弾性・粘塑性解析に基づく炭素繊維強化熱可塑性樹脂の強度解析

基于粘弹性/粘塑性分析的碳纤维增强热塑性树脂强度分析

基本信息

批准号：
21K03753
负责人：
坂上賢一
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Shibaura Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は，炭素繊維強化熱可塑性樹脂（CFRTP）の力学挙動・破壊挙動を熱可塑性樹脂の本質的な特性である粘弾性・粘塑性に基づいてシミュレーション可能な数値解析法を確立することである．本年度の研究では，ポリアミド6（PA6）およびポリブチレンテレフタレート（PBT）の粘弾性・粘塑性挙動からSchapery非線形粘弾性構成式と，引張降伏応力と圧縮降伏応力が異なる塑性非対称性と圧縮性塑性挙動が再現可能な拡張Drucker-Prager降伏条件または粘塑性力学モデルに基づき，粘弾性特性と塑性または粘塑性特性を同定した．その結果，非線形粘弾性と塑性を組み合わせたモデルが熱可塑性樹脂の時間依存力学挙動を最もよく再現できることを明らかにした．また，新たな熱可塑性樹脂の力学特性の評価方法として，一方向強化熱可塑性樹脂の材料試験結果に対してマイクロメカニクスに基づく逆解析法を適用することによって熱可塑性樹脂の非線形力学挙動を推定する方法を構築した．これにより，マトリクス樹脂単体の材料試験を実施せずに一方向強化材の試験のみによって有限要素解析に必要な樹脂の力学特性を評価できるようになった．さらに，一方向強化熱可塑性樹脂の繊維破断時の応力負担モデル（Global Load Shearingモデル）に推定された熱可塑性樹脂の力学挙動を用いると，一方向強化熱可塑性樹脂の強度の温度依存性を推定できることを示した．また，このGlobal Load Shearingモデルを改良することにより，繊維の初期欠陥に基づく一方向強化熱可塑性樹脂の強度のばらつきを予測できることを示した．

本研究的目的是基于热塑性树脂的粘弹性和粘塑性等基本性能，建立一种能够模拟碳纤维增强热塑性树脂（CFRTP）力学行为和断裂行为的数值分析方法。在今年的研究中，我们分析了聚酰胺6（PA6）和聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）的粘弹性和粘塑性行为，以确定Schapery非线性粘弹性本构方程，以及拉伸和压缩屈服应力不同的塑性不对称性和压缩塑性行为粘弹性特性和塑性或粘塑性特性是根据扩展的 Drucker-Prager 屈服条件或可复制的粘塑性力学模型确定的。结果表明，结合非线性粘弹性和塑性的模型可以最好地再现热塑性树脂随时间变化的机械行为。此外，作为评估热塑性树脂机械性能的新方法，我们开发了一种方法，通过将基于微观力学的逆分析方法应用于单向增强热塑性树脂的材料测试结果来估计热塑性树脂的非线性机械行为。因此，现在可以通过仅测试单向增强材料来评估有限元分析所需的树脂的机械性能，而无需单独对基体树脂进行材料测试。此外，通过使用在单向增强热塑性树脂纤维断裂时的应力负荷模型（全局载荷剪切模型）中估计的热塑性树脂的机械行为，我们可以估计单向增强热塑性树脂I的强度的温度依赖性。展示了我能做什么。我们还表明，通过改进这种全局载荷剪切模型，可以根据初始纤维缺陷预测单向增强热塑性树脂的强度变化。

项目成果

期刊论文数量（7）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Evaluation of viscoelastic non-isochoric plastic behavior of PBT and PA6

PBT 和 PA6 的粘弹性非等容塑性行为评价

DOI：
10.1007/s11043-022-09552-1
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
2.5
作者：
Sato Yoshihiko;Masumizu Sayaka;Sakaue Kenichi;Koyanagi Jun;Ohtani Akio;Sakai Takenobu
通讯作者：
Sakai Takenobu

Evaluation of viscoelastic non-isochoric plastic behavior of PBT and PA6

PBT 和 PA6 的粘弹性非等容塑性行为评价

DOI：
10.1007/s11043-022-09552-1
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
2.5
作者：
Sato Yoshihiko;Masumizu Sayaka;Sakaue Kenichi;Koyanagi Jun;Ohtani Akio;Sakai Takenobu
通讯作者：
Sakai Takenobu

一方向炭素繊維強化ポリプロピレンテープの温度依存力学特性の評価

单向碳纤维增强聚丙烯带随温度变化的机械性能评价