マルチスケールモデリングと非破壊評価に基づく複合材料の破壊現象に関する研究

基于多尺度建模与无损评价的复合材料断裂现象研究

基本信息

批准号：
17F17707
负责人：
高橋淳
金额：
$ 1.47万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-10-13 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17F17707/
关键词：
複合材料力学特性シミュレーション composite material

项目摘要

炭素繊維強化プラスチックス（CFRP）は既に航空機等で実用化され、特にその優れた軽量特性が知られているが、その世界需要は年間10万トン程度であり、世界で年間1億台生産されている量産車を軽量化して温暖化対策に寄与したり電気自動車化を加速させるには量産性（年産10万トン→数千万トン）・低コスト性（10000円/kg→1000円/kg）・リサイクル性・複雑形状成形性など解決すべき課題が多い。研究室では長年このテーマに取り組んできて、不連続炭素繊維テープ強化熱可塑性樹脂（CTT）を一つの解決策として提案している。Peng QU博士はCTTの特性の一つであるテープ長が弾性率と強度に及ぼす影響をPD理論により説明する取り組みを行った。具体的には、研究室保有の原料と製造装置を用いてテープ長やテープ厚の異なる種々のCTTを作成して破壊試験を行い、当初の目的である弾性率・強度のテープ長依存性を明らかにするとともに、その破壊プロセスをPD理論で説明した。2017年4月に来日して着実に成果をあげ、その結果を国内と国外の学会で発表し、成果の一部は既に当該分野の著名雑誌（Composite Structures, Impact factor 4.101）に掲載され、続報も執筆中であり、2年間の滞在での成果としては優れたものと評価できる。

碳纤维增强塑料（CFRP）已在飞机等领域投入实际应用，并以其优异的轻量化性能而闻名，但全球每年的需求量约为10万吨，全球每年生产1亿件通过减轻量产汽车的重量。大量生产（每年10万吨→每年数千万吨）、低成本（10,000日元/kg→1,000日元/kg）、可回收性和复杂形状成型是为应对全球变暖和加速向全球变暖做出贡献的关键。电动汽车有许多问题需要解决，其中包括性别问题。我们的实验室多年来一直致力于这一主题，并提出了不连续碳纤维带增强热塑性塑料（CTT）作为一种解决方案。曲鹏博士利用PD理论解释了CTT特性之一的胶带长度对弹性模量和强度的影响。具体来说，我们使用我们实验室拥有的原材料和制造设备制造了不同带长度和带厚度的各种CTT，并进行破坏性测试以研究弹性模量和强度对带长度的依赖性，这也是我们最初的目标。这次，我们用PD理论解释了破坏过程。自2017年4月来日本以来，他的成果稳步取得，在国内外学术会议上展示了他的成果，部分成果已发表在该领域的知名期刊上（Composite Structures，影响因子A）。目前正在撰写后续报告，两年的住宿效果可以评价为优秀。