炭素繊維強化プラスチック(CFRP)積層板の高サイクル疲労における長期信頼性評価

高周疲劳下碳纤维增强塑料（CFRP）层压板的长期可靠性评估

• 批准号: 07J06404
• 负责人: 細井 厚志
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Nagoya University (2008)Waseda University (2007)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07J06404/
• 关键词: 高サイクル疲労; 炭素繊維強化プラスチック; トランスバースクラック; 層間剥離; 長期信頼性; 下限界

炭素繊維強化プラスチック(CFRP)積層板は,高強度・高剛性など優れた機械的特性を有し,かつ軽量であるため,航空機の1次構造材料に適用されるなど,今後は自動車や高速鉄道車両など,金属に替わる構造材料としての適用が期待されている.CFRP積層板は一般に疲労に強い材料として知られているが,10^7サイクルを超える超長寿命域における損傷成長挙動について十分な評価は未だなされておらず,構造材料としての長期信頼性が確立されていない現状にある.これまでの研究で,高サイクル疲労領域におけるCFRP積層板の損傷進展挙動は,従来と異なる破壊形態を示すことを明らかとした.しかし,従来と異なる損傷の進展挙動については,未だ定量的評価はなされていなかった,そこで,本研究では,高サイクル疲労領域における実験データを蓄積するとともに,高サイクル疲労領域におけるCFRP積層板の損傷をモデル化し,その進展挙動について定量的に評価を行うことを目的とした.まず,負荷応力レベルに依存したCFRP積層板の損傷形態の違いについて定量的に評価を行った.層内樹脂割れ(トランスバースクラック)を考慮した層間剥離進展について,単位長さ当たりの損傷進展に伴い解放されるエネルギを導出した.さらに,Paris則を応用して損傷進展速度と損傷進展に伴い解放されるエネルギの関係について,トランスバースクラック進展及び層間剥離進展のそれぞれを定量的に評価した.その結果,低エネルギレベル(低応力レベル)域では層間剥離が進展しやすく,高エネルギレベル(高応力レベル)域ではトランスバースクラックが進展しやすい結果を得た.この結果は,実験結果とよい一致を示した.また,破断応力の20%を最大応力に設定した疲労試験では,繰返し数3×10^8サイクルまで,損傷は観察されなかった.

碳纤维增强塑料（CFRP）层压板具有高强度、高刚性等优异力学性能，且重量轻，因此被用作飞机的主要结构材料，未来有望应用于汽车、高铁等领域预计它将用作车辆等中替代金属的结构材料。CFRP层压板通常被认为是一种耐疲劳材料，但对于超疲劳中的损伤增长行为尚未进行足够的研究。超过10^7次循环的长寿命范围尚未完成。目前，CFRP作为建筑材料的长期可靠性尚未确定，先前的研究表明CFRP层合板在高周疲劳区域的损伤扩展行为表现出与传统材料不同的断裂形式。目前尚未对不同于常规损伤传播行为的定量评估。因此，在本研究中，我们将积累高周疲劳区域的实验数据，并研究 CFRP 层合板的损伤情况。高周疲劳区。本研究的目的是通过建模来定量评估 CFRP 层压板的扩展行为，首先，我们根据所施加的应力水平定量评估了 CFRP 层压板的损坏形式的差异（考虑分层）。 ），我们得出了每单位长度损伤进展时释放的能量。此外，通过应用巴黎定律，我们计算了损伤进展率与损伤进展时释放的能量之间的关系。我们定量评估了横向裂纹的扩展和分层。结果表明，分层倾向于在低能量水平（低应力水平）下发展，而分层倾向于在高能量水平（高应力水平）下发展。该结果与实验结果吻合良好。此外，在最大应力设置为断裂应力的20%的疲劳测试中，直至3×10^8个循环，没有观察到损坏。

项目成果

風車ブレードGFRP積層板のはく離進展シミュレーション

风力涡轮机叶片 GFRP 层压板分层过程模拟

• 发表时间: 2007
• 作者: 川田宏之;武中達也;細井厚志
• 通讯作者: 細井厚志

擬似等方性及びクロスプライCFRP積層板の高サイクル疲労負荷下における疲労損傷進展挙動の差異

高周疲劳载荷下准各向同性和正交CFRP层合板疲劳损伤扩展行为的差异

• 发表时间: 2008
• 作者: 細井厚志;小野剛;佐藤成道;川田宏之
• 通讯作者: 川田宏之

CFRP Cross-ply 積層板損傷挙動のひずみ速度・温度依存性評価

CFRP 正交层合板损伤行为的应变率/温度依赖性评估

• 发表时间: 2009
• 作者: 石岡義和;川田宏之;細井厚志;佐藤成道
• 通讯作者: 佐藤成道

Variations of Fatigue Damage Growth in Cross-Ply and Quasi-Isotropic Laminates under High-Cycle Fatigue Loading

高周疲劳载荷下斜交层和准各向同性层合板疲劳损伤增长的变化

• 发表时间: 2009
• 期刊: Journal of Solid Mechanics and Materials Engineering 3
• 作者: A. Hosoi;et al.
• 通讯作者: et al.

CFRP Cross-ply 積層板損傷挙動の温度依存性調査

CFRP 交叉层合板损伤行为的温度依赖性研究

• 发表时间: 2008
• 作者: 石岡義和;川田宏之;細井厚志;佐藤成道
• 通讯作者: 佐藤成道