内部ひずみその場計測に基づく高精度複合材成形解析システムの構築

基于内应变原位测量的高精度复合材料成形分析系统构建

基本信息

批准号：
16J06804
负责人：
丹羽翔麻
金额：
$ 2.18万
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：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

システム構築に必要な材料物性データとして，複合材成形中の材料物性挙動の温度と硬化度への依存性を調べた．埋込光ファイバ内部ひずみ計測に基づく物性値推定手法を用いて，成形中の物性値挙動を様々な成形温度下で取得した．また，それぞれの成形温度に対し，母材となるエポキシ樹脂の硬化度を示差走査熱量測定によって計測し，成形中の物性挙動を成形温度と硬化度に対して整理し，データベースを作製した．結果，同一硬化度では成形温度が小さいほど剛性は高く，同一温度では硬化度が小さいほど剛性が低いという傾向がみられた．複合材料の成形について別視点のアプローチとして，L字部材のコーナー部の厚さ変形を計測するために，埋め込み光ファイバを利用した曲げセンサを新たに開発した．1 plyのプリプレグの表面の上下に，1本の細径(直径：52 マイクロメートル)の光ファイバを折り返して配置し，成形中の内部ひずみ分布を計測し，結果から厚さの変化を取得した．このように光ファイバの中心を中立軸から離すことでプリプレグの曲げ変形を光ファイバによって計測できることを示した．また，同様の手法を用いてプリプレグ積層時の内部ひずみが成形に及ぼす影響を調査した．現在多くのCFRP製品で利用されているテーププレイスメント成形技術では積層時に大きな内部ひずみが生ることが予想されるが，その計測手法は確立されていない．本手法と研究室レベルの自動積層装置を組み合わせることで、積層時の内部応力についてさらなる知見が得られると思われる。積層時の残留ひずみやゲル化前の厚さ変化など，成形の初期段階における欠陥を正確にモニタリングしシミュレーションに加えることで、成形解析システムの計算精度を向上させる足がかりとなった。また、市販の成形解析シミュレーションソフトウェアであるCOMPROによる解析結果との比較も行っているが、結果は現状では未発表である。

作为系统构建所需的材料特性数据，我们研究了复合材料成型过程中材料特性行为对温度和硬化程度的依赖性。采用基于嵌入光纤内部应变测量的物理性能值估计方法，获得了在不同成型温度下成型过程中的物理性能行为。另外，使用差示扫描量热法测定了基材环氧树脂在各成型温度下的固化度，根据成型温度和固化度整理了成型时的物性变化，并制作了数据库。结果表明，在相同硬化程度下，成型温度越低，刚度越高，而在相同温度下，硬化程度越低，刚度越低。作为从不同角度成型复合材料的方法，我们开发了一种新型弯曲传感器，该传感器使用嵌入式光纤来测量 L 形构件拐角处的厚度变形。将单根细光纤（直径：52 微米）折叠并放置在 1 层预浸料坯表面的上方和下方，测量成型过程中的内部应变分布，并从结果中获得厚度变化．通过这种方式，我们表明，通过将光纤的中心移离中性轴，可以使用光纤测量预浸料的弯曲变形。我们还使用类似的方法研究了预浸料层压过程中内部应变对成型的影响。目前在许多 CFRP 产品中使用的贴带成型技术预计会在层压过程中产生较大的内部应变，但尚未建立测量这种应变的方法。通过将该方法与实验室级自动堆叠设备相结合，我们相信我们将能够进一步了解堆叠过程中的内应力。通过准确监测成型早期的缺陷，例如层压过程中的残余应变和凝胶化前的厚度变化，并将其添加到模拟中，这为提高成型分析系统的计算精度提供了立足点。我们还将分析结果与市售成型分析模拟软件COMPRO进行了比较，但结果尚未发表。