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）层压板具有出色的机械性能，例如高强度和高刚度，并且具有轻巧的功能，因此预计将应用于飞机的主要结构材料，并有望在将来作为一种结构材料来代替金属，例如自动摩托车和高速铁路车辆。 CFRP层压板通常被称为抗疲劳材料，但在超过10^7个周期的极长寿命范围内尚未充分评估损伤生长行为，并且尚未建立长期可靠性作为结构材料。先前的研究表明，在高周期疲劳范围内，CFRP层压板的损伤进展行为显示出与传统形式不同的断裂形式。但是，尚未对与常规损害不同的损害的进展行为进行定量评估。因此，在这项研究中，积累了高周期疲劳范围内的实验数据，并观察到高循环疲劳范围内CFRP层压板的损伤。目的是建模并定量评估其进度行为。首先，我们定量评估了CFRP层压板的损伤形态差异，具体取决于载荷应力水平。关于考虑树脂破裂（横向裂纹）的分层进展，我们根据单位长度得出了每单位长度释放的能量。此外，我们应用了巴黎规则来确定损害进程速度与损害进程释放的能量之间的关系。定量评估了Lance Bar裂纹进程和分层发展。结果，分层很可能在低能水平（低应力水平）下进展，横向裂纹趋于在高能级（高应力水平）下进行。该结果与实验结果表明了良好的一致性。此外，在疲劳测试中，将20％的断裂应力设置为最大应力，未观察到最高3×10^8周期的损坏。

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

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

擬似等方性CFRP積層板の高サイクル疲労特性(負荷応力レベルの違いによる損傷発生挙動の差異)

准各向同性CFRP层压板的高周疲劳性能（由于载荷应力水平的不同而导致损伤发生行为的差异）

• 发表时间: 2007
• 作者: 細井厚志;楠本康之;藤原圭太;八木志奈子;佐藤成道;川田宏之
• 通讯作者: 川田宏之