層厚効果を考慮した薄層CFRP積層板のマルチスケール損傷解析手法の開発

考虑层厚效应的薄层CFRP层合板多尺度损伤分析方法的发展

• 批准号: 20J13151
• 负责人: 青木 涼馬
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J13151/
• 关键词: 炭素繊維強化複合材料; 薄層CFRP積層板; 層厚効果; 損傷進展解析; 内部損傷観察; 連続体損傷力学

本研究では，層厚・積層構成を設計パラメータとする高自由度複合材設計の実現に向けて，層厚効果を考慮した薄層CFRP積層板のマルチスケール損傷解析手法の開発を目的としている．CFRPの積層板レベルにおける内部損傷進展・破壊強度を予測するメゾスケール解析モデルの構築について取り組んだ．今年度は、前年度に構築した層厚効果を考慮した損傷進展解析モデルを用いて、有孔試験片の損傷進展解析を実施し、層厚や積層構成が内部損傷進展や破壊強度に与える影響について検討を行った。有孔引張試験の損傷解析では、様々な層厚や積層構成を有する薄層CFRP積層板を対象に強度予測を行った結果、層厚や積層構成による破壊モードの違いを再現でき、高精度な静的強度予測が可能であることを確認した。また、層厚の異なる有孔試験片において引張疲労試験を行い、円孔から生じる損傷に対する層厚の影響、疲労荷重下での損傷進展特性や残留強度特性を実験的に評価し、長期耐久性における薄層CFRPの優位性について明らかにした。さらには、構築した損傷モデルを繰り返し荷重下における疲労損傷進展についても予測が可能な疲労解析ツールへの拡張を試みた 。本疲労モデルを用いることで、疲労き裂が生じた際の剛性変化量を予測することが可能となった。また、円孔を有する積層板においても層厚による疲労損傷の差異をとらえることができ、剛性変化量も良い精度で評価可能であることを示した。これまでの研究成果は、国際誌３報に掲載されており、今年度は国内学会２件、国際学会１件において発表済みである。

本研究的目的是开发一种考虑层厚度效应的薄CFRP层合板的多尺度损伤分析方法，以实现以层厚度和层配置为设计参数的高自由度复合材料设计。我们致力于建立一个介观分析模型来预测 CFRP 层压层的内部损伤进展和断裂强度。本财年，我们将使用考虑了上一年建立的层厚度效应的损伤进展分析模型对穿孔样本进行损伤进展分析，并检查层厚度和层压结构对内部损伤进展的影响我们考虑了以下因素。在穿孔拉伸试验的损伤分析中，我们对具有不同层厚度和层合结构的薄层 CFRP 层合板进行了强度预测，结果，我们能够根据层厚度和层合结构重现失效模式的差异，并取得了高精度的结果，证实了静态强度预测是可能的。此外，我们对不同层厚的穿孔试件进行了拉伸疲劳试验，通过实验评估了层厚对圆孔损伤、疲劳载荷下的损伤进展特性和残余强度特性的影响，并确定了其长期耐久性。阐明了薄层CFRP的优越性。此外，我们尝试将构建的损伤模型扩展为疲劳分析工具，可以预测重复载荷下的疲劳损伤进展。通过使用该疲劳模型，可以预测疲劳裂纹发生时的刚度变化量。还表明，即使在具有圆孔的层压板中，也可以检测由于层厚而导致的疲劳损伤的差异，并且可以高精度地评估刚度变化量。迄今为止，研究成果已在3本国际期刊上发表，并于今年在2场国内会议和1场国际会议上发表。

项目成果

Effects of ply thickness and 0°-layer ratio on failure mechanism of open-hole and filled-hole tensile tests of thin-ply composite laminates

• DOI: 10.1016/j.compstruct.2021.114926
• 发表时间: 2021-12-06
• 期刊: COMPOSITE STRUCTURES
• 影响因子: 6.3
• 作者: Aoki, Ryoma;Higuchi, Ryo;Ogasawara, Toshio
• 通讯作者: Ogasawara, Toshio

CFRP積層板Filled Hole Tension試験の内部損傷進展に及ぼす層厚・0度層比率の影響

层厚和0度层比对CFRP层合板充孔拉伸试验内损伤进展的影响

• 发表时间: 2021
• 作者: 青木涼馬;樋口諒;横関智弘;青木一行;内山重和;小笠原俊夫
• 通讯作者: 小笠原俊夫

Fatigue simulation for progressive damage in CFRP laminates using intra-laminar and inter-laminar fatigue damage models

• DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2020.106015
• 发表时间: 2021-02-01
• 期刊: INTERNATIONAL JOURNAL OF FATIGUE
• 影响因子: 6
• 作者: Aoki, Ryoma;Higuchi, Ryo;Yokozeki, Tomohiro
• 通讯作者: Yokozeki, Tomohiro

薄層CFRP積層板のFilled Hole引張試験の損傷進展解析

薄层CFRP层合板充孔拉伸试验损伤演化分析

• 发表时间: 2021
• 作者: 青木涼馬;樋口諒;横関智弘;青木一行;内山重和;小笠原俊夫
• 通讯作者: 小笠原俊夫

円孔を有する薄層CFRP積層板の疲労損傷進展と残留強度評価

圆孔CFRP薄层层合板的疲劳损伤进展及残余强度评估

• 发表时间: 2022
• 作者: 青木涼馬;樋口諒;横関智弘
• 通讯作者: 横関智弘