積層複合構造物の弾塑性有限変位挙動に関する基礎的研究

层合复合材料结构弹塑性有限位移行为基础研究

• 批准号: 07750565
• 负责人: 森田 千尋
• 金额: $ 0.64万
• 依托单位: Nagasaki University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1995
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1995 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07750565/
• 关键词: 積層複合材料; 偏平シェル; 弾塑性有限変位挙動; 耐荷力

軽量性,高比強度,高比剛性を持つ繊維強化複合材料(FRP)は,構造軽量化、耐衝撃性や耐腐食性の重要な航空・宇宙産業,自動車産業,船舶・海洋産業を中心に広い分野で使用され,最近では高耐久性にも注目して,土木・建築材料としても期待されている。本研究ではこのような積層複合構造の基礎的な研究として,積層板および積層偏平シェルの非線形挙動特性に関する研究を行った。1)まず,等方性偏平シェルの非線形問題に関して,基礎微分方程式に基づいて直接的,効率的かつ信頼性の高い解析手法を開発し,飛び移り座屈および分岐座屈挙動について考察した。その結果,楕円放物面の曲面形状において飛び移り座屈現象が多くみられ,周辺の拘束条件により座屈荷重は大きく変化してくることを明確にした。さらに、終局限界においては塑性膜状態になることを,有限要素法による解析と併せて確認した。2)つづいて,等方性偏平シェルの力学的特性を調べるために,載荷装置を作製し,載荷実験を実施した。しかしながら,曲面形状ゆえの載荷方法の難しさ,あるいは初期不整の影響により,耐荷力は弾塑性有限変位解析結果よりも著しい低下となり,満足した結果が得られなかった。今後,載荷方法の改善,初期不整の実態調査などが必要である。3)さらに,本解析手法を一次せん断変形理論に基づく積層複合構造の有限変異問題に拡張し,線形問題の場合よりもせん断変形の影響は顕著に現われることを明らかにした。また,非線形挙動は積層数や積層順序よりも弾性係数比や配向角などに大きく影響され,大幅な座屈荷重の低下がみられた。今回用いた諸元における座屈荷重は破壊強度以下であり,破壊パターンとしては層間剥離などによる破壊現象であること考えられるため,これらの破壊メカニズムおよび基礎理論の調査を行った。

纤维增强复合材料（FRP）具有轻质、高比强度、高比刚度等特点，主要应用于航空航天工业、汽车工业、船舶/海洋工业等结构减重、耐冲击、耐腐蚀的领域。它的用途非常广泛，最近，由于其高耐久性，它也有望被用作土木工程和建筑材料。在本研究中，作为此类层合复合材料结构的基础研究，我们对层合板和层合扁壳的非线性行为特性进行了研究。 1）首先，针对各向同性扁壳的非线性问题，基于基本微分方程，提出了一种直接、高效、可靠的分析方法，并讨论了跳跃屈曲和分岔屈曲行为。结果表明，在椭圆抛物面的弯曲形状中经常观察到跳跃屈曲现象，并且屈曲载荷根据周围的约束条件而发生很大变化。此外，通过有限元法的分析，确认了薄膜在极限状态下成为塑料薄膜。 2）接下来，为了研究各向同性扁壳的力学性能，搭建了加载装置并进行了加载实验。但由于曲面形状或初始不规则性的影响，加载方法较困难，导致承载能力明显低于弹塑性有限位移分析结果，未能获得满意的结果。今后有必要改进加载方法并调查初始不规则性的实际情况。 3）进一步，我们将这种分析方法扩展到基于一阶剪切变形理论的层合复合材料结构的有限变分问题，并阐明了剪切变形的影响比线性问题更显着。此外，与层压层数或层压顺序相比，非线性行为更受弹性模量比和取向角的影响，并且观察到屈曲载荷显着下降。这次使用的规格中的屈曲载荷小于断裂强度，断裂模式被认为是由于分层等导致的断裂现象，因此我们研究了断裂机制和基础理论。