複合材料の破壊過程で次々と変化する捐傷マップと捐傷間相互作用の近似解法

复合材料断裂过程中不断变化的划痕图及划痕间相互作用的近似解

基本信息

批准号：
13875126
负责人：
落合庄治郎
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

複合材料中の繊維,マトリックス,界面の強度は分布を持っているので,応力を負荷すると,繊維破断,マトリックス破断,界面剥離などの損傷はまず弱いところで生じる。生じた損傷は,損傷の種類と空間分布(損傷マップ)に依存してお互いに相互作用しながら,次に起こる損傷の種類と空間位置を決め,損傷マップが変化する。さらに,変化した損傷マップに対応した損傷間の相互作用で,次に生じる損傷の種類と位置が決まり,損傷マップがまた変化する。破壊はこの過程が繰り返されて進行する。本研究では,このような破壊過程を記述するため,シェアラグアナリシス法とモンテカルロ法を組み合わせたシミュレーション手法の開拓を試みた。主な成果は以下のように要約される。(1)応力の釣合連立微分方程式を差分化し,それに組み込み可能な損傷の種類と位置を表すパラメータを導入することによって,方程式と損傷マップを一対一対応させて,次に現れる損傷の種類と位置を同定する方法を開発した。これにより,次の損傷の種類と空間位置の同定,新しい損傷マップの作製の作業が連続的に繰り返しできるようになった。(2)損傷が,いつ,どの位置に生じるかは構成材や界面の強度の空間分布に依存する。この現象を記述するため,上記(1)で開発した計算方法と,構成材強度の空間分布を与えられるモンテカルロ法とを組み合わせた。これにより,近似的にではあるが,損傷が材料内各所で生じ,お互いに影響を及ぼし合いながら,負荷ひずみの増加と共にその数を増し,材料全体の破壊へとつながっていく過程と,その結果あらわれる材料全体としての応力-ひずみ曲線,強度,破壊モルフォロジーを記述することができた。

复合材料中纤维、基体和界面的强度存在分布，因此当施加应力时，纤维断裂、基体断裂、界面剥离等损伤首先在薄弱处发生。发生的损伤根据损伤类型和空间分布（损伤图）相互作用，决定下一次损伤的类型和空间位置，损伤图发生变化。此外，下一次伤害的类型和位置是由改变后的伤害图对应的伤害之间的相互作用来确定的，并且伤害图再次发生变化。随着这个过程的重复，破坏不断进行。在本研究中，我们尝试开发一种结合剪力滞分析方法和蒙特卡罗方法的模拟方法来描述这种断裂过程。主要结果总结如下。 (1) 通过对应力平衡联立微分方程进行微分，并引入可以并入其中的表示损伤类型和位置的参数，建立方程与损伤图一一对应的关系，并建立下一个损伤类型，我们开发了一种识别位置的方法。这使得可以不断重复识别下一个损伤类型和空间位置并创建新损伤图的过程。 (2) 损伤发生的时间和地点取决于组成材料和界面强度的空间分布。为了描述这种现象，我们将上面（1）中开发的计算方法与蒙特卡罗方法相结合，给出了构件强度的空间分布。结果，虽然是近似的，但损坏发生在材料内部的各个地方，并且在相互影响的同时，数量随着载荷应变的增加而增加，导致整个材料的破坏，由此产生的过程是可能的。描述材料整体的应力-应变曲线、强度和断裂形貌。