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

基本信息

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

项目摘要

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．

本研究的目的是开发一种可以三维分析微界面损伤行为的理论和方法，例如CFRP层压板的纤维/树脂粘合表面、层间（中间层）和边缘（自由边缘）之间的粘合表面。旨在为CFRP结构件高精度设计与评估技术的建立做出贡献。为此，我们在演讲者一直在研究的基于均质化方法的微界面分析方法中引入了霍夫曼规则作为损伤判断规则。在该方法中，通过将确定损坏的单元的弹性模量设置为1/100来模拟损坏。使用所提出的方法，我们对端部在垂直于纤维轴的方向上受到拉伸载荷的单向CFRP进行了损伤进展分析，并将其与假设无限体的模型进行了比较。结果表明，具有边缘会降低初始损伤发生时的宏观应力和应变，并且初始损伤发生时边缘附近的微观损伤分布表明拉伸载荷方向上的微观应力。在纤维/树脂粘合表面发生并迅速进展。上述结果表明，利用本研究提出的考虑微界面行为的损伤分析方法，可以对CFRP层合板界面处发生的微损伤行为进行三维分析。此外，对单向 CFRP (Toray T700SC/#2592) 进行静态拉伸测试，以获得用于与实验结果进行比较分析的 CFRP 层压板的材料常数。此外，使用基于实验结果确定的材料常数对单向CFRP进行弹粘塑性分析的结果表明，这些材料常数可以准确地再现CFRP层压板的机械行为，包括粘塑性区域。今后，我们将利用这些材料常数进行上述损伤分析，并对实验和分析结果进行比较和检验。