熱力学的エントロピーの生成を損傷の指標としたＣＦＲＰの耐久性評価

使用热力学熵产生作为损伤指标评估 CFRP 的耐久性

基本信息

批准号：
18J21099
负责人：
佐藤光桜
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Tokyo University of Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J21099/
关键词：
CFRP 長期耐久性有限要素解析耐熱樹脂連続体損傷力学粘弾性

项目摘要

本研究では，①耐熱CFRPの炭素繊維-母材樹脂間の界面の力学特性取得，②母材樹脂の力学特性取得，③これらを加味したCFRPの有限要素数値シミュレーションの実施，④ ③の検証試験実施という4つのステップを通して耐熱CFRPの耐久性評価に直結する正確な寿命予測を行うことを目的とした．本年度は主に，“④ ③の検証試験実施”と上記ステップの総括として，数値シミュレーションによる耐熱CFRPの寿命予測が主な研究課題であった．特に，②で提案したエントロピー損傷を考慮した樹脂構成式のCFRPに対する適用可能性を検討することに注力した．一方向CFRPの有限要素解析モデルへ提案した理論モデルを導入した後，一定ひずみ保持後の引張破壊解析を実施し，この条件におけるCFRPの残存強度を予測した．これにより，従来では再現不可であった応力緩和状態での強度低下を予測することに成功した．ひずみの増分のみで損傷が蓄積する従来の損傷モデルを用いる場合，一定ひずみで保持する状態では損傷は進展しない．しかし実際には，高分子材料は時間依存の損傷の蓄積により，一定ひずみで保持した場合でも劣化し，その保持時間とともに残存強度が低下する．本スキームは，積層複合材料で発生する時間依存の横方向亀裂を議論するために必須である．さらに，数値解析と同様の条件にて実施する一方向CFRPの三点曲げ試験にて数値解析結果の妥当性を検証した．数値解析では，静的引張解析と，引張解析の途中で一定ひずみにて保持し，その後引張解析を再開した場合の2種類を実施した．一定ひずみで保持した場合の強度は，樹脂部分が劣化し，静的強度よりも低下した．さらに，耐熱CFRPに対して曲げ破断試験を実施したところ，数値解析結果と同様の傾向を示し，数値解析は残存強度を定性的に予測したことを示した．本成果は国内学会2件として報告した．

在这项研究中，（1）耐热的CFRP碳纤维在母体树脂之间的界面之间的机械特性，（2）母体材料树脂的机械特性，（3）CFRP完成元件的实现模拟，（4）通过实施的四个步骤进行验证，目的是对耐热CFRP的耐用性评估直接链接。在这个财政年度，主要研究问题是数值模拟对热量CFRP的预测，作为上述步骤的摘要，主要是在上述步骤中。特别是，我们专注于研究树脂配置类型CFRP的应用可能性，考虑到②中提出的熵损害。在对One -way CFRP的有限元分析模型提出的理论模型引入后，在保持恒定的应变保留后，在这种情况下实现了CFRP的剩余强度。结果，我们成功地预测了压力缓解状态的强度降低，这是前所未有的。当使用仅通过应变的增加而累积损害的常规损害模型时，损害不会在恒定应变中进展。但是，实际上，即使聚合物材料因依赖时间依赖性损害而以一定的压力保留，并且剩余强度及其维持时间降低。该方案对于讨论由层压复合材料产生的时间依赖时间的水平裂纹至关重要。此外，在与数值分析相同的条件下执行的一个-way CFRP的三个点弯曲测试中验证了数值分析结果的有效性。在数值分析中，在特定菌株中静态拉伸分析和拉伸分析的中间进行了两种类型，然后恢复了拉伸分析。用一定的应变握住它的强度被恶化，低于静态强度。此外，当对耐热的CFRP进行弯曲的测试时，它显示出与数值分析结果相同的趋势，并且数值分析对剩余强度具有定性预测。该结果据报道是两个国内会议。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Lifetime Prediction of Viscoelastic Material Considering Entropy Damage and Non-linear Viscoelastic/plastic Constitutive Equation

考虑熵损伤和非线性粘弹/塑性本构方程的粘弹性材料寿命预测

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
Mio Sato;Jonathon Tanks;Jun Koyanagi
通讯作者：
Jun Koyanagi

エントロピー損傷則を導入した非線形粘弾性構成式を用いた一方向耐熱CFRPの残存強度予測

结合熵损伤定律的非线性粘弹性本构方程预测单向耐热CFRP的残余强度

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Sato Mio;Koyanagi Jun;Lu Xin;Kubota Yuki;Ishida Yuichi;Tay T.E.;濱口雄史;濵口雄史;佐藤光桜，長谷川航大，小柳潤，樋口諒，石田雄一;濵口雄史;濵口雄史;濵口雄史;佐藤光桜，長谷川航大，小柳潤，樋口諒，石田雄一
通讯作者：
佐藤光桜，長谷川航大，小柳潤，樋口諒，石田雄一

Numerical Modeling for Time and Temperature Dependence on Flexural Strength of Polyimide CFRP

聚酰亚胺 CFRP 弯曲强度随时间和温度变化的数值模拟