土木構造材料としての繊維強化型複合材料の力学的特性に関する研究

土木工程结构材料纤维增强复合材料力学性能研究

• 批准号: 13750462
• 负责人: 森田 千尋
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Nagasaki University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750462/
• 关键词: 複合材料; 積層構造; 偏平シェル; 離散的近似解法; 弾塑性曲げ解析; 自由振動特性; レーザホログラフィ; FRP; Hillの降伏条件; CFRP

本研究の目的は、繊維強化型複合材料の一次土木構造材料としての適用性を調べるために、その力学的挙動を把握することにある。本年度は本研究代表者らが提案する離散的近似解法を用い、平面板にわずかに曲率をつけた偏平シェル構造にも扱える解析プログラムを作成し、曲面形状の変化などによる積層偏平シェルの弾塑性曲げ挙動特性を明らかにした。さらに、自由振動問題に関しては、離散的近似解法を用いた自由振動解析プログラムを作成し、一方向炭素繊維強化材を重ねたCFRPとガラスクロス強化材によるGFRPから成る試験片を用いて、レーザホログラフィを利用した実験結果と振動モードを比較することにより、積層構造の自由振動特性を明らかにした。得られた結果は、以下に示すとおりである。1.まず、積層偏平シェルの弾塑性曲げ解析においては、有限要素法により求めた弾塑性曲げ挙動と同様な結果を示したことから、本解析法の有効性を確認した。2.曲面形状の変化による弾塑性曲げ挙動は、単純支持(ピン支持)としたため、E.P,シェルとH.P.シェルは同様な挙動を示し、ガウス曲率がゼロのC.シェルの剛性が最も低い結果となった。また、対称、逆対称などの積層順序の違いによる弾塑性挙動についてはあまり差異が見られなかったが、カップリング剛性の有無により、塑性域の進行状況に違いが現れた。3.次に、積層板の自由振動解析においては、本解析法による結果は、レーザホログラフィを利用した実験結果と振動モードを比較すると、一方向強化材を重ねたCFRPおよびクロス強化材によるGFRPから成る試験片とも、実験結果とほぼ一致した結果が得られた。4.また、積層順序を変化させたクロスプライ積層板の解析では、対称積層、逆対称積層により振動モードの出現順序が違ってくる結果が出ており、実験においても同様の傾向を得た。

这项研究的目的是了解其机械行为，以研究其作为纤维增强复合材料的主要土木工程结构材料的适用性。今年，我们创建了一个分析程序，该程序可以使用我们的研究人员提出的离散近似方法在平板上处理平板的扁平壳结构，并阐明了由于弯曲形状变化而导致的层压平面壳的弹性塑料弯曲行为特征。此外，关于自由振动问题，创建了使用离散近似解决方案的自由振动分析程序，并将由CFRP组成的测试作品与堆叠的单向碳纤维增强剂和GFRP和玻璃布增强的GFRP与使用激光全新的振动模式进行了比较，以阐明自由振动的结构。获得的结果如下。 1。首先，在分析层压平壳的弹性弯曲时，显示了与通过有限元方法确定的弹性塑料弯曲行为相同的结果，并确认了该分析方法的有效性。 2。由于弯曲表面形状的变化而引起的弹性塑料弯曲行为被用作简单的支撑（PIN支撑），因此E.P，Shell和H.P.壳表现出相似的行为，导致C.壳的最低刚度，零高斯曲率。此外，尽管由于层压顺序的差异（如对称和反对称性），弹性行为的差异并没有太大差异，但由于存在或不存在耦合刚度，观察到塑料区域进展的差异。 3。接下来，在分析层压板的自由振动时，发现该分析方法的结果与实验结果相似，当将振动模式与使用激光全息图的实验结果进行比较时，以及由CFRP与一个与交叉强化的重叠和GGFR与与实验材料重叠的CFRP相结合的测试样品，并将其与实验材料进行了粗糙的结果。 4.此外，在分析具有不同堆叠顺序的交叉层压板时，由于对称和反对称性堆叠而出现振动模式的顺序不同，并且在实验中获得了相同的趋势。

项目成果

T.Sakiyama, M.Huang, H.Matsuda, C.Morita: "An analysis of bending problem of laminated rectangular and triangular plates"Reports of The Faculty of Engineering Nagasaki University. Vol.32,No.58(印刷中). (2002)

T.Sakiyama、M.Huang、H.Matsuda、C.Morita：“层压矩形板和三角形板的弯曲问题的分析”长崎大学工学部报告第32卷第58期（出版中）。 (2002)