Design of Pseudo-ductility in Fibre Reinforced Composites by Controlling Interlaminar Properties

通过控制层间性能设计纤维增强复合材料的拟延展性

• 批准号: 21K04482
• 负责人: 中谷 隼人
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Osaka Metropolitan University (2022)Osaka City University (2021)
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04482/
• 关键词: 炭素繊維複合材料; 擬似的延性挙動; フラグメンテーション; 層間破壊靭性; アコースティックエミッション; ファイバメタル積層材; 界面強度

2022年度は，CFRP積層板に繊維不連続部（0°層）および層間メッシュ層を導入することによる微小損傷の蓄積によって発現する擬似的延性のさらなる精緻化に取り組んだ．まず，微小損傷蓄積に有効な層間メッシュ層の導入位置を評価し，さらに繊維不連続部から発生する層間はく離をある程度許容するための層間メッシュ層での切り込みを組み合わせた．これにより，デジタル画像相関法により測定した繊維不連続部付近の表面ひずみの分布において，最大破断ひずみが約2倍となることを明らかにした．今年度は引張試験中に測定したアコースティックエミッション（AE）のピーク周波数にも着目し，層間メッシュ層の導入により，CFRP積層板での母材き裂の発生と思われる周波数帯域のAEが試験開始から破断まで絶えず発生し続けることと，メッシュ層に起因する新たな損傷モードも擬似的延性挙動に寄与することを示した．擬似的延性によるエネルギー吸収能の材料設計への応用例として，層間メッシュ層を導入したCFRPアングルプライ積層板が両端切り欠きや面外衝撃損傷などの応力集中部を有する場合の残留引張強度や疲労寿命について評価した．層間メッシュ層を導入することで，負荷する衝撃エネルギーに関わらず，引張負荷での強度や破断変位の低下を10%未満にとどめるという顕著な成果がみられた．疲労負荷では，層間メッシュ層による応力集中緩和効果により，あたかも応力集中部が存在しないかのように材料全体で微小損傷を蓄積することで疲労寿命が大幅に向上することを，X線CT等による内部損傷の詳細観察により明らかにした．このような層間メッシュ層の導入によるCFRP積層板での擬似的延性の発現とその応用例を扱う本研究は，これまでにないCFRP積層板の使い方を可能とするものであり，CFRP構造の更なる普及に向けて大きな意義がある内容となっている．

在 2022 财年，我们通过在 CFRP 层压板中引入纤维不连续性（0° 层）和层间网格层，进一步阐述了由于微损伤累积而产生的伪延展性。首先，我们评估了对微损伤累积有效的层间网格层的引入位置，然后组合层间网格层中的切口，以允许因纤维不连续性而发生一定程度的层间分层。结果表明，通过数字图像相关法测量的纤维不连续性附近的表面应变分布中，最大断裂应变大约增加了一倍。今年，我们重点关注拉伸测试期间测量的声发射（AE）峰值频率，并通过引入层间网格层，开始在CFRP层压板中被认为会发生基材裂纹的频段中测试AE。结果表明，从失效开始，损伤持续发生，并且由网格层引起的新损伤模式也有助于伪延性行为。作为将赝延展性能量吸收能力应用到材料设计中的一个例子，我们研究了当带有层间网格层的CFRP角板层压板具有应力集中区域（例如两端的凹口和外侧）时的残余拉伸强度和疲劳。 - 飞机撞击损坏。通过引入层间网格层，得到了显着的结果，无论施加的冲击能量如何，拉伸载荷下的强度和断裂位移的下降都保持在 10% 以下。在疲劳加载的情况下，X射线CT等技术表明，由于层间网格层的应力集中松弛作用，使整个材料的微小损伤累积起来，就好像没有应力集中一样，疲劳寿命大大提高这是通过对内部损坏的详细观察发现的。这项研究通过介绍此类层间网格层及其应用实例来探讨CFRP层合板中赝延展性的表达，将使CFRP层合板得到前所未有的应用，并对CFRP结构的改进具有重要意义。信息。

项目成果

Damage Accumulation in Angle-plied CFRP Laminates with Mesh Interlayers under Fatigue Loading

疲劳载荷下具有网状夹层的角层 CFRP 层压板的损伤累积

• 发表时间: 2022
• 作者: Hayato Nakatani;Yuika Sakamoto
• 通讯作者: Yuika Sakamoto

層間メッシュ層を有するアングルプライCFRP積層板の衝撃後疲労特性

具有夹层网格层的角铺 CFRP 层压板的冲击后疲劳性能

• 发表时间: 2022
• 作者: 中谷隼人; 坂本結香
• 通讯作者: 坂本結香

繊維不連続部を有するCFRP積層板の損傷挙動と擬似的延性

具有纤维不连续性的 CFRP 层压板的损伤行为和伪延展性

• 发表时间: 2022
• 作者: 米倉開途; 坂本結香; 中谷隼人
• 通讯作者: 中谷隼人

繊維不連続部を有するCFRP積層板の層間メッシュ層導入による擬似的延性

通过在具有纤维不连续性的 CFRP 层压板层之间引入网格层来实现伪延展性

• 发表时间: 2023
• 作者: 中谷隼人; 伊村信祐; 坂本結香
• 通讯作者: 坂本結香

Evaluation of Interfacial Strength between Matrix and Fibers with Different Stiffnesses and Diameters

不同刚度和直径的基体与纤维之间的界面强度评估

• 发表时间: 2022
• 作者: Isamu Tani;Hayato Nakatani
• 通讯作者: Hayato Nakatani