高輝度放射光による短繊維GFRPのひずみ・結晶化度測定と疲労寿命評価手法の確立

高强度同步辐射短纤维GFRP应变和结晶度测量及疲劳寿命评价方法的建立

基本信息

批准号：
21K03778
负责人：
清水憲一
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Meijo University
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

PPSをガラス短繊維で強化したGFRPの射出成形平板から，繊維が射出方向に配向した表面層のみの試験片を作成し，引張負荷に伴う母相応力の変化を，sin^2 ψ法の透過法－並傾法によるX線測定で計測した．得られた結果を，繊維配向の分布を考慮したマイクロメカニックスによる解析値と比較し，複合材の弾性定数に及ぼす繊維配向の影響について検討した．以下に得られた主な結果をまとめる．(1) PPSの111，200回折プロファイルから，短繊維GFRPの母相応力がsin^2 ψ法により測定可能であった．母相応力は負荷応力に対して比例的に変化し，比例定数から母相の応力分配係数を決定した．(2) ガラス転移温度以上の温度でアニーリングを行うと，PPS相のX線回折プロファイルピーク強度が上昇し，結晶化度の向上が示唆された．これによってPPSの剛性が向上し，複合材料の射出方向および直交方向いずれのヤング率も向上した．(3) 断面の繊維形状観察から繊維の配向テンソルを求め，繊維配向のばらつきを考慮したマイクロメカニックスによって，複合材の弾性定数を予測した．繊維が完全に一方向に配向した場合の解析値に比べて，より実験値に近い値が得られたことから，この方法の有効性が確認できた．(4) 繊維配向のばらつきを考慮したマイクロメカニックスによって求めた応力分配係数の解析値は，X線測定で得られた実験値に近い値を示し，応力分配係数が正しく評価できることがわかった．今後，複合材の静的強度や疲労強度を，樹脂相の応力に基づいて評価する場合に有効である．

由用短玻璃纤维增强 PPS 制成的 GFRP 注射成型平板制备仅具有纤维沿注射方向取向的表面层的试验片，并使用sin^2 ψ 透射法通过 X 射线测量并联法进行测量。将所得结果与考虑纤维取向分布的微观力学分析值进行比较，研究纤维取向对复合材料弹性常数的影响。获得的主要结果总结如下。 (1) 根据PPS的111和200衍射图，可以使用sin^2ψ法测量短纤维GFRP的基体应力。基体应力与施加的应力成比例变化，基体的应力分布系数由比例常数确定。 (2)当在玻璃化转变温度以上的温度下进行退火时，PPS相的X射线衍射图谱的峰强度增加，表明结晶度提高。这提高了 PPS 的刚性以及复合材料在注射方向和正交方向上的杨氏模量。 (3)通过观察纤维横截面形状来确定纤维取向张量，并利用考虑纤维取向变化的微观力学来预测复合材料的弹性常数。这一方法的有效性得到了证实，因为获得的值比纤维完全沿一个方向取向时获得的分析值更接近实验值。 (4)考虑了纤维取向变化的微观力学获得的应力分布系数的解析值与X射线测量获得的实验值接近，表明可以正确评估应力分布系数。将来，该方法在基于树脂相应力评估复合材料的静态强度和疲劳强度时将是有效的。