Experimental study of compression strength after edge impact on CFRP laminates

CFRP层合板边缘冲击后压缩强度试验研究

• 批准号: 22K04538
• 负责人: 岩堀 豊
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Meiji University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04538/
• 关键词: CFRP; 衝撃損傷; 残存圧縮強度; 端部破壊

航空機構造への炭素繊維強化プラスチック（CFRP）適用が増加する中、CFRP積層板を用いたスキンストリンガ構造端部に外部から物体が衝突しストリンガ内部損傷が発生した場合の残存圧縮 (CAEI) 強度低下が航空機構造設計の課題となっている．CAEIに関するに関する強度低下のメカニズムについての論文は存在するものの，その解明は十分ではない．今期は、このCAEI強度低下についてのメカニズム解明を進めるため，これまでの研究を基に衝撃付与装置の落錘位置の精度向上のための改修（治具追加）を行い確認するとともに，CAEI強度の低下について衝撃付与側のエネルギ量条件と、衝撃を受けるCFRP積層板の板厚、積層配向等の条件をパラメータとして衝撃付与試験及び衝撃試験後のCFRP積層板の損傷状態の観察とその評価を進めた．積層数の異なる板厚4種及び切り出し方向の異なるCFRP積層板試験片を製作するとともに，インパクト位置の精度確認，エネルギ付与時のエネルギ吸収量の計測，衝撃付与後の損傷状態の観察及び剥離の計測，超音波探傷による積層板内部の損傷形状，面積の計測を行い，各衝撃付与パラメータ及びCFRP積層板のパラメータが内部損傷へ与える影響の解明を進めた。衝撃エネルギ及びCFRP積層板板厚をパラメータとした試験結果から，CFRP積層板端部に衝撃を付与した場合の各パラメータにけるCFRP積層板内部損傷の傾向が明らかになった．特に，ある衝撃付与条件では，内部損傷が急激に拡大する場合があり，新たな課題も明らかとなった．

随着碳纤维增强塑料（CFRP）在飞机结构中的应用不断增加，当外部物体与采用CFRP层压板的蒙皮纵梁结构的端部碰撞时，残余压缩（CAEI）强度会降低，导致纵梁发生内部损坏，这已成为一个问题。飞机结构设计的挑战尽管已有关于CAEI相关强度降低机制的论文，但阐明不够充分。为了进一步阐明CAEI强度下降的机制，我们将在之前的研究基础上进行修改（添加夹具）以提高冲击施加装置落锤位置的准确性，并确认CAEI强度的下降对于强度的降低，我们将进行冲击试验，并利用冲击侧的能量条件、受到冲击的CFRP层压板的厚度、层压方向等来观察和评估冲击试验后CFRP层压板的损坏状态。作为参数。我们制作了四种不同厚度和不同切割方向的CFRP层压板测试件，并检查冲击位置的准确性，测量施加能量时吸收的能量，观察冲击施加后的损坏状态，并检查剥离情况。利用测量和超声波探伤测量了层压板内部损伤的形状和面积，并在阐明每个冲击应用参数和 CFRP 层压板参数对内部损伤的影响方面取得了进展。使用冲击能和 CFRP 层压板厚度作为参数的测试结果揭示了当冲击施加到 CFRP 层压板边缘时，每个参数的 CFRP 层压板内部损坏的趋势。特别是在一定的冲击条件下，内部损伤会迅速扩大，新的问题也变得明显。

项目成果

CFRP積層板端部衝撃付与による損傷形状と残存圧縮強度との関係

CFRP层压板端部冲击损伤形状与残余压缩强度之间的关系

• 发表时间: 2022
• 期刊: 日本複合材料学会誌
• 作者: 岩堀豊，坂本龍太，市川太晟，青木雄一郎