組み合わせ負荷条件下におけるCFRP積層板の微視的損傷の定量化と劣化・寿命予測

复合载荷条件下 CFRP 层压板微观损伤的量化以及劣化和寿命的预测

• 批准号: 22K14155
• 负责人: 佐藤 光桜
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Japan Aerospace EXploration Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14155/
• 关键词: 耐熱CFRP; 長期耐久性; 有限要素解析; 粘弾性; FEM

本研究では，耐熱CFRP積層板が組み合わせ負荷（疲労負荷後に引張負荷を受けたり，クリープ負荷後に衝撃負荷を受けたりするなど）を受けた際の劣化を材料中のエントロピー生成量により記述し，積層板内に生じるマイクロメートルスケールのトランスバースクラック発生メカニズムを解明した上で，耐熱CFRP積層板の劣化・寿命を数値シミュレーションで定量的に予測することを目的としている．2022年度では，耐熱CFRP積層板のトランスバースクラック発生を実験的に捉えるために，0°と90°方向に繊維が配向された直交積層板を作成し，常温にて周波数の異なる複数条件の繰り返し負荷試験を実施した．実験では，アコースティックエミッション（AE）波という破壊に伴って発生する弾性波の検出およびマイクロスコープでの観察にて，90°層内の任意の場所に発生するトランスバースクラックを特定した．この手法により，異なる周波数におけるクラック発生数の依存性も確認し，周波数が低いほどクラック数が少なくなる傾向を確認した．また数値解析的な検証として，ミリメートルスケールのCFRPモデルに周波数の異なる繰り返し負荷を与えることで，実験結果の検証シミュレーションを行った．実験と解析結果との比較により，繰り返し負荷を受けた際の材料劣化を材料中のエントロピー生成量により記述した数理モデルが実験結果の傾向を捉えていることを確認した．上述の研究成果は，国際学会1件として報告した．

在这项研究中，通过材料中产生的熵量，在组合载荷中描述了耐热的CFRP层压板的恶化（例如在疲劳载荷后接收拉伸载荷或接收撞击负荷）目的是通过阐明板上发生的千分尺尺度的转移机制破裂的机理来定量预测耐热CFRP层压板的恶化和寿命。在2022财年中，创建了一个正交层板，在该板上以0°和90°方向排列纤维，以捕获耐热的CFRP层压板的产生，并重复多个频率，在房间的不同频率温度进行了负载测试。在实验中，在检测显微镜中的声发射（AE）波（AE）波和观测值的弹性波中发现了在90°层内的任意位置产生的转钉。该方法还证实了不同频率中裂纹数量的依赖性，并且频率越低证实裂纹数量越低。另外，作为数值分析验证，通过在毫米尺度CFRP模型上给出不同的频率重复负载来模拟测试结果。在比较实验和分析结果之间，可以证实，当捕获重复载荷时，熵产生中描述的数学模型。上述研究结果据报道是一个国际社会。

项目成果

Finite Element Analysis for Failure Prediction of CFRP Cross-Ply Laminates Considering Viscoelastic Model with Entropy Damage

考虑熵损伤粘弹性模型的 CFRP 正交层合板失效预测有限元分析

• 发表时间: 2022
• 作者: Mio Sato;Asa Mochizuki;Ryo Higuchi;Jun Koyanagi and Yuichi Ishida
• 通讯作者: Jun Koyanagi and Yuichi Ishida