ミクロ界面挙動を考慮したＣＦＲＰ積層板の３次元非弾性・損傷解析手法の開発と実証

考虑微界面行为的 CFRP 层压板三维非弹性/损伤分析方法的开发和演示

• 批准号: 14J02028
• 负责人: 後藤 圭太
• 金额: $ 0.64万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J02028/
• 关键词: CFRP; 均質化理論; マルチスケール; 有限要素法; 損傷解析; 界面; CFRP; 均質化理論; マルチスケール; 有限要素法; 損傷解析; 界面

本研究の目的は，CFRP積層板の繊維／樹脂接着面やラミナ同士の接着面（層間），あるいは端部（フリーエッジ）といったミクロ界面における損傷挙動を3次元的に解析可能な理論・手法を構築し，CFRP構造部材の高精度設計・評価技術の確立に資することにある．このため，報告者が取り組んできた均質化法に基づくミクロ界面解析手法に，損傷判定則としてHoffman則を導入した．提案手法では，損傷判定により損傷と判定された要素の弾性係数を1/100とすることで，擬似的に損傷を再現した．提案手法を用いて，繊維軸直交方向引張負荷を受ける端部を有する一方向CFRPの損傷進展解析を実施し，無限体を仮定したモデルとの比較解析を行った．その結果，端部を有することで初期損傷が発生する際のマクロ応力・ひずみが共に低下することが示され，初期損傷が発生した際の端部近傍のミクロ損傷分布より，引張負荷方向ミクロ応力によって，繊維／樹脂接着面で急激に損傷が発生・進展することが確認された．以上の結果より，本研究で提案したミクロ界面挙動を考慮した損傷解析手法を用いることで，CFRP積層板の界面で発生するミクロ損傷挙動を3次元的に解析可能であることが示された．加えて，実験結果との比較解析で使用するCFRP積層板の材料定数を取得するため，一方向CFRP（東レ・T700SC/#2592）の静的引張試験を実施した．さらに，実験結果を基に同定した材料定数を用いて一方向CFRPの弾-粘塑性解析を行った結果，これらの材料定数は，CFRP積層板の力学挙動を粘塑性域まで含めて精度良く再現可能であることが示された．今後は，これらの材料定数を用いて上記の損傷解析を実施し，実験結果と解析結果の比較・検討を行う．

这项研究的目的是开发一种理论和方法，可以分析CFRP层压板的纤维/树脂粘附表面上的损伤行为，粘合剂表面（中间层）和层之间的边缘（自由边缘），并为CFRP结构成员的高确定设计和评估技术的建立做出贡献。因此，将霍夫曼规则作为损害确定规则引入了小节分析方法，记者一直在使用均质化方法。在提出的方法中，由损伤确定损坏确定的元件的弹性模量为1/100，损坏被模拟。使用所提出的方法，我们对单向CFRP进行了损伤进度分析，其末端的末端沿垂直于纤维轴的方向承受拉伸载荷，并将分析与假定无限身体的模型进行了比较。结果，结果表明，当初始损伤发生时，末端的存在会减少宏应力和应变，并且在发生初始损伤时附近的微损伤分布证实，在拉伸载荷方向上的显微压力会导致突然的损害发生，并在纤维/树脂粘附表面上进行进展。以上结果表明，通过使用本研究中提出的损伤分析方法，考虑了微接口行为，可以分析在CFRP层压板层压板的界面上发生的微型造成行为。此外，进行了单向CFRP（Toray，T700SC/＃2592）的静态拉伸试验，以获得比较分析中使用的CFRP层压板的材料常数，并获得了实验结果。此外，我们使用基于实验结果鉴定的材料常数对单向CFRP进行了弹性 - 视野分析，并表明这些材料常数可以准确地重现CFRP层压板的机械行为，甚至包括粘塑性范围。将来，上述损坏分析将使用这些材料常数进行，并将比较和检查实验结果。