氏名

カワダ ヒロユキ

川田 宏之

職名

教授 (https://researchmap.jp/read0206373/)

所属

(基幹理工学部)

連絡先

メールアドレス

メールアドレス
kawada@waseda.jp

住所・電話番号・fax番号

住所
〒169-8555新宿区大久保 3-4-1
電話番号
03-5286-3261
fax番号
03-5273-2667

URL等

WebページURL

http://www.kawada.mech.waseda.ac.jp/

研究者番号
20177702

本属以外の学内所属

兼担

理工学術院(大学院基幹理工学研究科)

研究院(研究機関)/附属機関・学校(グローバルエデュケーションセンター)

学内研究所等

理工学総合研究センター

兼任研究員 1989年-2006年

熱エネルギー変換工学・数学融合研究所

研究所員 2017年-

理工学術院総合研究所(理工学研究所)

兼任研究員 2006年-2018年

理工学術院総合研究所(理工学研究所)

兼任研究員 2018年-

学歴・学位

学歴

-1980年 早稲田大学 理工学研究科

学位

博士(工学) 早稲田大学

所属学協会

日本機械学会

日本材料学会

日本複合材料学会 理事、フェロー

強化プラスチック協会

研究分野

キーワード

複合材料、材料強度学

科研費分類

工学 / 機械工学 / 機械材料・材料力学

工学 / 材料工学 / 複合材料・表界面工学

研究シーズ

高機能化CNT細線の開発

シーズ分野:ナノ・材料

3Dナノ構造界面を有する異種材直接接合

シーズ分野:ものづくり技術

熱処理による金属材料の疲労き裂治癒

シーズ分野:ものづくり技術

研究テーマ履歴

繊維強化プラスチックの応力腐食割れ(SCC)

研究テーマのキーワード:応力腐食割れ,長期耐久性,繊維強化プラスチック,湿潤膨張

個人研究

プラスチック基複合材料(PMC)の長期信頼性問題と寿命評価法

研究テーマのキーワード:クリープ変形と破壊,界面破壊,寿命評価

個人研究

界面の力学的評価

個人研究

微小介在物による高強度鋼の疲労特性

個人研究

樹脂の破壊特性

個人研究

論文

A Study on Stress-Corrosion Cracking Using Single Fiber Model Specimen (Degradation Properties of GFRP caused by Water Absorption)

JSME International Journal Series A Solid Mechanics and Material Engineering / The Japan Society of Mechanical EngineersVol.46 No.3 July 2003 pp.303-3072003年07月-

一方向繊維強化プラスチックのクリープ特性と寿命予測—繊維破断部近傍の界面はく離を考慮したクリープ破断モデル一方向繊維強化

日本複合材料学会誌日本複合材料学会 Vol.29 (4) pp.136 20032003年-

A Study of GFRP on Stress Corrosion Cracking

14th International Conference on Composite Materials (ICCM-14)2003年07月-

Prediction of Creep Rupture Unidirectional Composite (Creep Rupture Model with Interfacial Debonding around Broken Fibers)

14th International Conference on Composite Materials (ICCM-14)2003年07月-

Creep rupture model taking into account interfacial debonding in unidirectional composites

4th International Conference on Mechanics of Time Dependent Materials第4巻2003年10月-

横方向衝撃負荷を受けるGFRP円筒の応力波伝播挙動

日本複合材料学会2003年度研究発表講演会予稿集日本複合材料学会 pp.105-1062003年05月-

擬似等方性アルミナFRP積層板の疲労特性(疲労損傷に及ぼす周波数及び積層構成の影響)

日本複合材料学会2003年度研究発表講演会予稿集日本複合材料学会 pp.9-102003年05月-

フェノール基複合材料の長期信頼性評価(温度時間換算則による長期引張りクリープ挙動の推定)

日本複合材料学会2003年度研究発表講演会予稿集日本複合材料学会 pp.69-702003年05月-

一方向FRPのクリープ寿命予測(繊維破断部近傍の界面はく離を考慮したクリープ破断モデル)

日本複合材料学会2003年度研究発表講演会予稿集日本複合材料学会 pp.75-762003年05月-

単繊維フラグメンテーション試験を用いた環境溶液拡散による構成要素の劣化(界面の劣化および再接着の検討)

日本複合材料学会2003年度研究発表講演会予稿集日本複合材料学会 pp.77-782003年05月-

PMCの応力腐食割れに関する基礎的研究(界面劣化による強じん化機構の変化)

日本複合材料学会2003年度研究発表講演会予稿集日本複合材料学会 pp.79-802003年05月-

FW製GFRP円筒材の軸方向引張り特性(強度推定法の提案)

日本複合材料学会2003年度研究発表講演会予稿集日本複合材料学会 pp.109-1102003年05月-

一方向FRPのクリープ寿命予測(繊維破断部近傍の界面はく離を考慮したクリープ破断モデル)

日本機械学会2003年度年次大会講演論文集Vol.ⅠVol.Ⅰ №03-1 pp.367-3682003年08月-

PMCの応力腐食割れに関する基礎的研究(界面劣化による強じん化機構の変化)

日本機械学会2003年度年次大会講演論文集Vol.ⅠVol.Ⅰ №03-1 pp.369-3702003年08月-

GFRPの応力腐食割れに関する研究(環境溶液の影響による微視的き裂進展特性)

第28回複合材料シンポジウム 講演要旨集 / 日本複合材料学会pp.33-342003年10月-

SFCにおける界面き裂の時間依存特性に関する研究

日本複合材料学会第28回複合材料シンポジウム講演要旨集pp.53-542003年10月-

一方向複合材料のクリープ寿命予測(隣接破断繊維による応力集中と界面はく離進展の影響)

日本機械学会第11回機械材料・材料加工技術講演会講演論文集pp.165-1662003年10月-

擬似等方性炭素繊維強化プラスチックの疲労特性(損傷進展観察による変動荷重下の疲労寿命の考案)

日本機械学会第11回機械材料・材料加工技術講演会講演論文集pp.171-1722003年10月-

一方向強化PMCのクリープ寿命予測(3Dシアラグクリープモデルの提案と検討)

日本機械学会 関東支部 第10期総会講演会 講演論文集№040-1 pp.359-3602004年03月-

高分子材料の粘弾塑性挙動における材料非線形性に関する研究

日本機械学会 関東支部 第10期総会講演会 講演論文集№040-1 pp.363-3642004年03月-

SFCにおける界面はく離の時間依存特性について

日本機械学会 関東支部 第10期総会講演会 講演論文集№040-1 pp.369-3702004年03月-

擬似等方性炭素繊維強化プラスチックの疲労特性(2段変動荷重試験における疲労寿命の調査)

日本機械学会 関東支部 第10期総会講演会 講演論文集№040-1 pp.373-3742004年03月-

GFRPの応力腐食割れに関する研究(環境溶液の影響による微視的き裂進展特性)

日本機械学会 関東支部 第10期総会講演会 講演論文集№040-1 pp.377-3782004年03月-

水環境下におけるガラス繊維の劣化(表面状態変化の強度低下に及ぼす影響)

日本機械学会 関東支部 第10期総会講演会 講演論文集№040-1 pp.379-3802004年03月-

産官学連携の取り組み

第34回FRPシンポジウム2004年03月-

複合材料活用辞典

産業調査会出版2001年-

Fatigue Properties of Quasi-Isotropic Alumina-Fiber Reinforced Plastic laminates

第7回 SAMPE先端材料技術国際会議2001年11月-

Fundamental Study on Flexural Fatigue Properties in Flexible Printed Circuit Properties of Phenoxy/Epoxy Resin with Mixing Ratio

第7回 SAMPE先端材料技術国際会議2001年11月-

Off-axis stress relaxation behavior of unidirectional T800H/Epoxy at elevated temperature and its macromechanical analysis

第7回 SAMPE先端材料技術国際会議2001年11月-

ウェーブレット変換を用いたGFRP積層板中の応力破伝播挙動の解明

第5回複合材システムの耐久性解析に関する国際会議B-212001年11月-

繊維モデル試験片を用いたGFRPの応力腐食割れに関する研究(応力下での拡散現象と繊維破壊メカニズム)

第31回FRPシンポジウム講演論文集/日本材料学会2001年03月-

酸応力環境下におけるGFRP織物積層板のき裂進展挙動(環境条件と下限界特性)

第31回FRPシンポジウム講演論文集/日本材料学会2001年03月-

FPCの屈曲特性に関する基礎的研究(フェノキシ/エポキシ樹脂の機械的特性と界面破壊じん性における混合率の影響)

第30回FRPシンポジウム講演論文集/日本材料学会2001年03月-

単繊維モデルを用いたGFRP の応力腐食割れに関する研究(界面劣化と繊維損傷機構)

第9回機械材料・材料加工技術講演会/日本機械学会pp.112001年11月-

酸応力環境下におけるGFRP 織物積層板のき裂進展特性と微視的損傷過程

第9回機械材料・材料加工技術講演会/日本機械学会pp.72001年11月-

酸応力環境下におけるGFRP織物積層板のき裂進展挙動(溶媒の拡散と下限界特性)

2001年度年次大会講演論文集/日本機械学会5.pp.109-1102001年08月-

単繊維モデル試験片を用いた複合材料の応力腐食割れ(構成基材と界面の劣化特性)

2001年度年次大会講演論文集/日本機械学会5.pp.107-1082001年08月-

擬似等方性アルミナ繊維強化プラスチックの疲労特性(内部損傷の発達と疲労寿命)

2001年度年次大会講演論文集/日本機械学会r&0d0a;5.pp.105-1062001年08月-

極低温下におけるGFRP円筒の疲労特性(疲労特性に及ぼす負荷形式の影響)

2001年度研究発表講演会予稿集/日本複合材料学会pp.111-1122001年06月-

FPC耐久性向上に関する基礎研究〜フェノキシ・エポキシ樹脂の機械的性質と界面破壊じん性における混合率の影響〜

2001年度研究発表講演会予稿集/日本複合材料学会pp.15-162001年06月-

高強度鋼の超寿命疲労特性に及ぼす内部介在物の影響(介在物の機械的性質と疲労寿命)

関西支部第76期定時総会講演会講演論文集/日本機械学会関西支部pp.5.3-5.42001年03月-

Evaluation of the Mechanical Properties of PMC Interface using Slice Compression Test-Analysis of Transfer Mechanism of Interfacial Shear Stress

Composit InterfacesVol.7, No.5,6, pp349-3612001年04月-

Applicability of Fracture Toughness Concept to Fracture Behavior of Carbon/Carbon Composite

JSME International Journal Series A/日本機械学会42; 2, pp.265-2711999年04月-

Crushworthiness of Polymeric Matrix Composites for Automabile

7th Euro-Japanese Symposium/ECOLE DES MINES DE PARISComposite Materials and Transportation1999年07月-

酸応力環境下におけるGFRP織物積層板の応力腐食割れ(拡散係数と下限界特性)

研究集会報告/九州大学応用力学研究所11ME-S1, pp.77-812000年03月-

極低温下におけるGFRP円筒の圧縮—圧縮疲労特性(粘弾性—塑性モデルを用いたエネルギー損失による疲労寿命推定)

日本機械学会論文集(A編)/日本機械学会66; 643, pp.489-4952000年03月-

酸応力環境下におけるGFRP織物積層板のき裂進展と下限界特性に及ぼす環境温度の影響

1999年度研究発表講演会予稿集/日本複合材料学会pp.41-421999年04月-

アルミナFRP円筒の圧縮疲労特性(疲労損傷の過程と剛性低下)

1999年度研究発表講演会予稿集/日本複合材料学会pp.53-541999年04月-

マルチモード光ファイバを用いたGFRP積層板の損傷検出(検出原理とその有効性の評価)

1999年度研究発表講演会予稿集/日本複合材料学会pp.61-621999年04月-

C/C複合材料の切欠き特性とき裂進展挙動に関する研究

1999年度研究発表講演会予稿集/日本複合材料学会pp.103-1041999年04月-

マルチモード光ファイバを用いたGFRP積層板の損傷検出(マイクロクラックの検出とその場観察)

1999年度年次大会講演論文集/日本機械学会1, pp.321-3221999年07月-

酸応力環境下におけるGFRP織物積層板のき裂進展特性(下限界特性と微視的破壊機構)

1999年度年次大会講演論文集/日本機械学会3, pp.221-2221999年07月-

Slice Compression試験によるPMC界面の力学的特性評価(界面はく離進展挙動)

1999年度年次大会講演論文集/日本機械学会3, pp.225-2261999年07月-

Slice Compression試験によるPMC界面の力学的特性評価(界面はく離進展挙動の解析)

第7回複合材料界面シンポジウム要旨集/複合材料界面科学研究会O-211999年04月-

Evaluation of Inerfacial Mechanical Properties by Pushout Test;Advantages and Un-resolved Problems

第7回複合材料界面シンポジウム要旨集/複合材料界面科学研究会O-221999年04月-

PMC単繊維モデルにおける界面はく離き裂の破壊力学特性評価(界面破壊じん性の理論的検討)

第7回複合材料界面シンポジウム要旨集/複合材料界面科学研究会O-231999年04月-

Crack Propagation Properties of GFRP Laminates under Acid Stress Environment

Proceeds of Twelfth International Conference on Composite Materialspp.1471999年07月-

Evaluating the Mechanical Properties of Glass Fiber/Epoxy Interfaces using the Slice Compression Test

Proceeds of Twelfth International Conference on Composite Materialspp.2271999年07月-

酸応力環境下におけるGFRPのき裂進展挙動(母材樹脂中の拡散現象とシミュレーション)

第24回複合材料シンポジウム講演要旨集/日本複合材料学会pp.157-1581999年11月-

アルミナFRP円筒の疲労損傷と粘弾性モデリング

第24回複合材料シンポジウム講演要旨集/日本複合材料学会pp.173-1741999年11月-

酸応力環境下におけるGFRPのき裂進展挙動(母材樹脂中の拡散現象と下限界特性)

第29回FRPシンポジウム講演論文集/日本材料学会pp.343-3462000年03月-

非線形ヒステリシツモデルに基づくアルミナFRP円筒の繰返し負荷応力下における応力—ひずみ特性(エネルギーアプローチによる疲労寿命評価の検討)

第29回FRPシンポジウム講演論文集/日本材料学会pp.225-2282000年03月-

炭素繊維強化炭素複合材料における破壊靭性評価の有効性

日本機械学会論文集(A編)/日本機械学会64;620,pp.897-9031998年04月-

GF/Nylon円筒のエネルギー吸収特性(トリガー形状と試験速度がエネルギー吸収に及ぼす影響)

材料/日本材料学会47;5,pp.458-4631998年05月-

Spin Burst Test of Carbon-Carbon Composite Disk

Journal of Composite Materials/Technomic Publishing Co.,Inc32;11,pp.1016-10351998年07月-

Effect of Stress Concentration on Tensile Fracture Behavior of Carbon-Carbon Composites

Journal of Composite Materials/Technomic Publishing Co.,Inc32;13,pp.1273-12941998年08月-

高分子材料・複合材料

日本機械学会誌/日本機械学会101;957,pp.5691998年08月-

Progressive Crushing of Compression-Molded Thermoplastic Composite Tubes

Design and Manufacturing of Composites/Technomic Publishing Co.,Incpp.87-901998年08月-

PMCの繊維−マトリクス界面におけるはく離き裂の破壊力学的評価

材料システム/金沢工業大学 材料システム研究所17;pp.21-271998年10月-

極低温下におけるアルミナFRP薄肉円筒の疲労損傷過程

材料/日本材料学会48;3,pp.282-2881999年03月-

酸応力環境下におけるGFRP織物積層板の応力腐食割れ

研究集会報告10ME-S2(各種環境下における繊維強化複合材料の力学特性)/九州大学応用力学研究所10ME-S2,pp.1051999年03月-

Fracture Mechanics Evaluation of Interfacial Debonding in PMC using Push-out Test

The Seventh International Conference on Composite Interfaces/ICCI-7ICCI-7,pp.2081998年05月-

Damage Accumulation and Fracture of Notched Carbon-Carbon Composites

The Seventh International Conference on Composite Interfaces/ICCI-7ICCI-7,pp.2171998年05月-

織物GFRP積層板の応力腐食割れに及ぼす酸濃度の影響

1998年度研究発表講演会/日本複合材料学会1998年05月-

極低温下で繰返し圧縮負荷を受けるGFRP円筒の寿命予測の提案

1998年度研究発表講演会/日本複合材料学会1998年05月-

GF/Nylon6円筒のエネルギー吸収特性と初期破損過程

1998年度研究発表講演会/日本複合材料学会1998年05月-

腐食環境下におけるGFRP織物積層板の疲労き裂進展挙動

第42回日本学術会議材料研究連合講演会/日本学術会議pp.31998年09月-

DamorheologyによるGFRP円筒の圧縮疲労特性評価

第42回日本学術会議材料研究連合講演会/日本学術会議pp.111998年09月-

C/C複合材料の損傷領域形成と強度向上

第6回機械材料・材料加工技術講演会/日本機械学会pp.431998年09月-

アルミナFRP円筒の圧縮疲労損傷過程に及ぼす繊維配向角の影響

第28回FRPシンポジウム講演論文集/日本材料学会pp.1211999年03月-

PMC単繊維モデルにおける界面はく離の破壊力学的検討(界面破壊じん性の速度依存性)

第28回FRPシンポジウム講演論文集/日本材料学会pp.1951999年03月-

Slice compression試験によるPMC界面の力学的特性評価(界面せん断応力伝達機構の解明)

第28回FRPシンポジウム講演論文集/日本材料学会pp.2071999年03月-

光ファイバを用いた複合材料の初期損傷モニタリング

第28回FRPシンポジウム講演論文集/日本材料学会pp.3311999年03月-

C/C複合材料の切欠き強度に及ぼすせん断特性の影響

第28回FRPシンポジウム講演論文集/日本材料学会pp.3511999年03月-

Slice compression testによるPMC界面の力学的特性評価(界面せん断すべり応力の算出)

第23回複合材料シンポジウム講演要旨集/日本複合材料学会pp.301998年11月-

アルミナFRP薄肉円筒の圧縮疲労特性に及ぼす繊維配向角の影響

第23回複合材料シンポジウム講演要旨集/日本複合材料学会pp.921998年11月-

スマート複合材料における初期損傷と修復のモニタリング

第23回複合材料シンポジウム講演要旨集/日本複合材料学会pp.1501998年11月-

High-cycle fatigue characteristics of quasi-isotropic CFRP laminates over 10(8) cycles (Initiation and propagation of delamination considering interaction with transverse cracks)

Hosoi, Atsushi;Sato, Narumichi;Kusumoto, Yasuyuki;Fujiwara, Keita;Kawada, Hiroyuki

INTERNATIONAL JOURNAL OF FATIGUE32(1)p.29 - 362010年-2010年

DOIWoS

詳細

ISSN:0142-1123

Analysis of Thermal Deformation on a Honeycomb Sandwich CFRP Mirror

Arao, Yoshihiko;Koyanagi, Jun;Utsunomiya, Shin;Kawada, Hiroyuki

MECHANICS OF ADVANCED MATERIALS AND STRUCTURES17(5)p.328 - 3342010年-2010年

DOIWoS

詳細

ISSN:1537-6494

A Numerical Simulation of Time-Dependent Interface Failure Under Shear and Compressive Loads in Single-Fiber Composites

Koyanagi, Jun;Yoshimura, Akinori;Kawada, Hiroyuki;Aoki, Yuichiro

APPLIED COMPOSITE MATERIALS17(1)p.31 - 412010年-2010年

DOIWoS

詳細

ISSN:0929-189X

Effect of ply angle misalignment on out-of-plane deformation of symmetrical cross-ply CFRP laminates: Accuracy of the ply angle alignment

Arao, Yoshihiko;Koyanagi, Jun;Utsunomiya, Shin;Kawada, Hiroyuki

COMPOSITE STRUCTURES93(4)p.1225 - 12302011年-2011年

DOIWoS

詳細

ISSN:0263-8223

Quantitative evaluation of fatigue damage growth in CFRP laminates that changes due to applied stress level

Hosoi, Atsushi;Takamura, Keigo;Sato, Narumichi;Kawada, Hiroyuki

INTERNATIONAL JOURNAL OF FATIGUE33(6)p.781 - 7872011年-2011年

DOIWoS

詳細

ISSN:0142-1123

Strength Prediction Method for Unidirectional GFRP after Hydrothermal Aging

Kotani, Masahiro;Yamamoto, Yohei;Shibata, Youhei;Kawada, Hiroyuki

ADVANCED COMPOSITE MATERIALS20(6)p.519 - 5352011年-2011年

DOIWoS

詳細

ISSN:0924-3046

Strain-rate dependence of the tensile strength of glass fibers

Arao, Yoshihiko;Taniguchi, Norihiko;Nishiwaki, Tsuyoshi;Hirayama, Norio;Kawada, Hiroyuki

JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE47(12)p.4895 - 49032012年-2012年

DOIWoS

詳細

ISSN:0022-2461

Simple method for obtaining viscoelastic parameters of polymeric materials by incorporating physical-aging effects

Arao, Yoshihiko;Yukie, Okudoi;Koyanagi, Jun;Takeda, Shin-ichi;Kawada, Hiroyuki

MECHANICS OF TIME-DEPENDENT MATERIALS16(2)p.169 - 1802012年-2012年

DOIWoS

詳細

ISSN:1385-2000

Experimental study on impact tensile property of glass fiber

Taniguchi, Norihiko;Arao, Yoshihiko;Nishiwaki, Tsuyoshi;Hirayama, Norio;Nakamura, Koichi;Kawada, Hiroyuki

ADVANCED COMPOSITE MATERIALS21(2)p.165 - 1752012年-2012年

DOIWoS

詳細

ISSN:0924-3046

Lifetime prediction of woven GFRP laminates under constant tensile loading in hydrothermal environment

Kotani, Masahiro;Yasufuku, Yusuke;Inoue, Naoki;Kurihara, Ken;Kawada, Hiroyuki

MECHANICS OF TIME-DEPENDENT MATERIALS17(2)p.261 - 2742013年-2013年

DOIWoS

詳細

ISSN:1385-2000

Evaluation of mechanical properties of untwisted carbon nanotube yarn for application to composite materials

Sugano, Kaoru;Kurata, Masashi;Kawada, Hiroyuki

CARBON78p.356 - 3652014年-2014年

DOIWoS

詳細

ISSN:0008-6223

Prediction of initiation of transverse cracks in cross-ply CFRP laminates under fatigue loading by fatigue properties of unidirectional CFRP in 90 degrees direction

Hosoi, Atsushi;Sakuma, Shigeyoshi;Fujita, Yuzo;Kawada, Hiroyuki

COMPOSITES PART A-APPLIED SCIENCE AND MANUFACTURING68p.398 - 4052015年-2015年

DOIWoS

詳細

ISSN:1359-835X

Dimensional stability of epoxy-based and cyanate-based carbon fiber-reinforced plastics

Arao, Yoshihiko;Fukui, Taro;Niwa, Tomoyuki;Kawada, Hiroyuki

JOURNAL OF COMPOSITE MATERIALS49(12)p.1483 - 14922015年-2015年

DOIWoS

詳細

ISSN:0021-9983

高温水環境下におけるGFRPの界面劣化特性 : 一方向GFRPを用いた界面接着性評価

小谷 正浩;荒尾 与史彦;高橋 綾希;服部 聡;古挽 彰;川田 宏之

実験力学 : journal of JSEM10(4)p.413 - 4192010年12月-2010年12月 

CiNii

詳細

ISSN:13464930

繊維表面の水分除去による樹脂中ガラス繊維の強度改善

荒尾 与史彦;小谷 正浩;佐藤 慎也;川田 宏之

実験力学 : journal of JSEM10(4)p.420 - 4242010年12月-2010年12月 

CiNii

詳細

ISSN:13464930

ガラス繊維の衝撃引張り特性に関する実験的検討

谷口 憲彦;荒尾 与史彦;西脇 剛史;平山 紀夫;中村 幸一;川田 宏之

日本複合材料学会誌 = Journal of the Japan Society for Composite Materials38(4)p.137 - 1432012年07月-2012年07月 

CiNii

詳細

ISSN:03852563

極低温環境下におけるガラス単繊維の引張破壊特性(<小特集>M&P2009機械材料・材料加工部門技術講演会)

早川 守;谷口 憲彦;西脇 剛史;平山 紀夫;川田 宏之

日本機械学會論文集. A編76(766)p.652 - 6542010年06月-2010年06月 

CiNii

詳細

ISSN:03875008

概要:The strengthening mechanism of the glass-fiber at cryogenic temperature has not been fully studied so far. In the present study, tensile tests of a single E-glass fiber with heat treatment in air and liquid nitrogen were conducted to reveal the strengthening mechanism. The strength of glass fiber in liquid nitrogen was twice as high as the strength in air. Based on the area of the mirror zone in the fracture surface, the mirror constant was detemined. Besides, the mirror constant of the glass fiber were equal regardless of the heat treatment condition and the testing temperature. From the observation of surface crack, it was clarified that the mirror zone was the mark of surface flaw propagation and therefore it was suggested that the area of mirror zone doesn't have a direct effect on fiber strength.

高分子基複合材料における界面強度のひずみ速度依存性(<小特集>M&P2009機械材料・材料加工部門技術講演会)

大石 泰至;佐藤 慎也;川田 宏之

日本機械学會論文集. A編76(766)p.669 - 6712010年06月-2010年06月 

CiNii

詳細

ISSN:03875008

概要:The interfacial strength is the most important mechanical property among those of constituents in Polymer Matrix Composite: PMC. In this study, we conducted the tensile tests on Single Fiber Composite specimen and observed initiation of interfacial debonding at different loading rates. As a result, we recognized dependency of the interfacial strength on strain rates. According to the elasto-plastic analysis assuming that matrix's yield stress varies depending on strain rates, the stress distribution of the interface becomes close to the elastic analysis and it can be concluded that the dependency of interfacial strength on strain rates is caused by matrix's dependency on strain rates.

高温水環境下におけるSFC中ガラス繊維の強度劣化挙動

小谷 正浩;古挽 彰;安福 悠祐;川田 宏之

日本機械学會論文集. A編76(767)p.982 - 9872010年07月-2010年07月 

CiNii

詳細

ISSN:03875008

概要:Long-term durability of glass fiber reinforced plastics (GFRP) under water environment is strongly influenced by the strength degradation of its fiber reinforcement. Constant strain test in water, in which stress corrosion cracking (SCC) is initiated, was conducted for the single fiber composite (SFC) in order to investigate the strength degradation of E-glass fiber within the SFC. The strain applied to the glass fiber during the constant strain test was formulated by taking account of the fiber strain history, such as water absorption, thermal expansion, and the strain applied to the SFC. After the constant strain test, fragmentation test was conducted in order to estimate the residual strength of the embedded fiber. It was clarified that the degradation of the fiber strength progresses at higher applied strain and longer test time, moreover, the degradation of the fiber strength accelerated drastically at higher temperature.

531 極低温環境下におけるガラス繊維の強度発現機構(高分子/高分子基複合材料(3),ものづくりにおける基礎研究と先端技術の融合)

野口 洋平;小谷 正浩;荒尾 与史彦;谷口 憲彦;西脇 剛史;平山 紀夫;川田 宏之

機械材料・材料加工技術講演会講演論文集2010(18)p."531 - 1"-"531-4"2010年11月-2010年11月 

CiNii

J043024 繰返し負荷を受けるクロスプライCFRP積層板に生じるトランスパースクラック発生における静的引張試験による疲労寿命予測([J04302]高分子基複合材料の加工と評価(2))

細井 厚志;曽我 理昂;佐藤 成道;川田 宏之

年次大会 : Mechanical Engineering Congress, Japan2011p."J043024 - 1"-"J043024-4"2011年09月-2011年09月 

CiNii

詳細

概要:A method to predict quantitatively the initiation of a transverse crack caused in the various types of [0・90,1 cross-ply carbon fiber reinforced plastic (CFRP) laminates subjected to fatigue loading was proposed. On the basis of the assumption that the mechanism of transverse crack initiation is equivalent to that of transverse crack increase in the earlier stage of fatigue within low transverse crack density, the cycles that a transverse crack initiates are calculated by applying the normalized modified Paris law, which shows the relationship between the transverse crack density growth rate and the normalized energy release rate range associated with the transverse crack formation. Once the constants of the normalized modified Paris law are given with an arbitrary cross-ply laminate, the proposed method makes possible to predict the initiation of a transverse crack in the other various types of cross-ply laminates under fatigue loading by only measuring the stress at which a transverse crack initiates under static tensile loading.

J043044 水環境下における平織GFRP積層板±45°方向の遅れ破壊特性([J04304]高分子基複合材料の加工と評価(4))

服部 聡;小谷 正浩;川田 宏之

年次大会 : Mechanical Engineering Congress, Japan2011p."J043044 - 1"-"J043044-5"2011年09月-2011年09月 

CiNii

詳細

概要:This paper aims to clarify the off-axis delayed fracture characteristic of woven GFRP laminate by the constant tensile load test in hydrothermal environment. Experimental condition discussed in this paper are air and deionized water at 40 -C. Static tensile tests of woven GFRP laminate were conducted to examine the off-axis directionnal mechanical properties and to determine the stress level for the constant tensile load test. It turned out that the maximum stress, elastic modulus and Poisson's ratio slightly decreased and the fracture strain decreased greatly in deionized water. Constant tensile load tests of woven GFRP laminate were conducted to investigate the delayed fracture characteristics: the strain response and fracture time. The stress level of constant tensile load test was determined to be 15, 30 and 45% of the maximum stress obtained from static tensile tests. As a result of constant tensile load test, it was ascertained that the strain increase with the increase of the applied load and the immersion in deionized water.

811 疲労負荷を受けるクロスプライCFRP積層板のトランスバースクラック発生における繊維含有率の影響

細井 厚志;重盛 洸;佐藤 成道;川田 宏之

機械材料・材料加工技術講演会講演論文集2012(20)p."811 - 1"-"811-4"2012年11月-2012年11月 

CiNii

812 CF/エポキシ系,CF/シアネート系擬似等方性積層板の経時寸法変化

丹羽 智之;荒尾 与史彦;川田 宏之

機械材料・材料加工技術講演会講演論文集2012(20)p."812 - 1"-"812-5"2012年11月-2012年11月 

CiNii

816 酸および水環境下における高耐食性GFRP積層板の遅れ破壊寿命評価

矢島 昌英;小谷 正浩;川田 宏之

機械材料・材料加工技術講演会講演論文集2012(20)p."816 - 1"-"816-4"2012年11月-2012年11月 

CiNii

詳細

概要:In this paper, we investigated the lifetime of delayed fracture in woven glass fiber reinforced plastics (GFRP) laminate under corrosive environment, which possess high corrosion resistance. Corrosive environments discussed in this paper were deionized water and hydrochloric acid (1.0mol/l) at 80℃, and in air for comparison. First, static tensile test of GFRP was conducted in order to evaluate its mechanical properties after immersion for 0-2000h into corrosive environment. The mechanical properties of GFRP in deionized water didn't decrease, but, that in hydrochloric acid decreased slightly. Also, the mechanical properties of GFRP after immersion decreased toward certain values with increasing immersion time regardless of the solution. Finally, constant tensile load test of GFRP was conducted in all environments to investigate its lifetime of delayed fracture. The fracture time shortened with the increase of the applied stress. In addition, the fracture time in hydrochloric acid was shorter than that in deionized water. Furthermore, we predicted the lifetime using Reiner-Weissenberg (R-W) criterion. The predicted results showed good agreement with the experimental data while considering the degradation of GFRP in corrosive environments.

(6)層間高靭性化CFRPクロスプライ積層板の繰り返し荷重下におけるトランスバースクラック発生評価(論文,日本機械学会賞〔2014年度(平成26年度)審査経過報告〕)

川田 宏之;曽我 理昂;重盛 洸;細井 厚志;藤田 雄三

日本機械学會誌118(1158)p.257 - 2582015年05月-2015年05月 

CiNii

詳細

ISSN:00214728

CFRP積層板における層の配向誤差による面外変形(積層構成の熱変形に対する影響)

荒尾 与史彦;小柳 潤;武田 真一;宇都宮 真;川田 宏之

日本機械学会論文集 A編77(776)p.619 - 6282011年-2011年

CiNii

詳細

ISSN:0387-5008

概要:Strict geometrical stability is required for the precise structures like telescopes. Unpredictable out-of-plane deformation is a serious problem when we use CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic) laminate to the precise structure. This out-of plane deformation of symmetrical CFRP laminate mainly arise from combination effects of ply angle misalignment and temperature change. We discussed here is effective stacking sequence of CFRP laminate that mitigate the deformation caused by the ply angle misalignment. The analysis based on laminate theory was performed to calculate the thermal deformation. In this analysis, the random numbers were added to each layers as ply angle misalignments. The analytical results were obtained statistically by Monte Carlo method. Mohr's curvature circle was also incorporated to evaluate the deformation as P-V (peak to Valley) values. We performed the analysis with various stacking sequence. It was calculated that the symmetric cross-ply laminates deformed 10 times larger than the other quasi-symmetric laminates. In the case of the total ply number is less than 12, the stacking sequence in the laminate has a significant effects on the thermal deformation. However, if the total number ply number is more than 24, effect of stacking sequence on the thermal deformation becomes negligible. We also discussed the geometrical stability of CFRP mirror by considering unavoidable ply angle misalignment. It was presumed that the CFRP mirror can be used for wide range of wave length when the back structure was attached to CFRP laminates.

Evaluation of Transverse Crack Initiation in Cross-Ply CFRP Laminates under Fatigue Loading

髙村 啓吾;細井 厚志;佐藤 成道;川田 宏之

日本機械学会論文集A編77(779)p.1123 - 11342011年-2011年

CiNii

詳細

ISSN:1884-8338

概要:In this study, transverse crack initiation in cross-ply CFRP laminates under fatigue loading was evaluated focusing on the transverse crack growth and saturation. The number of cycles that a transverse crack initiates was predicted by the analytical model on the basis of the modified Paris law. In addition, the lower threshold of the transverse crack formation was researched by a modified Paris-law, and the fatigue limit of the transverse crack initiation was evaluated by calculating the stress applied in 90° layer where the increase of the transverse cracks was saturated. Moreover, transverse crack was observed by using scanning electron microscope (SEM) in order to investigate the mechanism of transverse crack initiation. As the results, the analytical results for predicting the transverse crack initiation showed good agreement with the experimental results. Moreover, it was shown that the lower threshold of the transverse crack formation existed, and that the stress applied in 90° layer at saturation state was almost equivalent to the fatigue limit of the transverse crack initiation from the experimental results. From the observation with SEM, it was found that the initiation of the transverse crack under fatigue loading depended on the interface property between fiber and matrix.

CFRP直交積層板の熱残留応力緩和に伴う経時寸法変化の予測

荒尾 与史彦;奥土居 由貴江;武田 真一;小柳 潤;宇都宮 真;川田 宏之

日本機械学会論文集 A編77(780)p.1238 - 12462011年-2011年

CiNii

詳細

ISSN:0387-5008

概要:In this paper, time-dependent dimensional change in a symmetrical cross-ply laminates was predicted by transverse properties of the CFRP laminates. CFRP with pitch-based carbon fiber and cyanate ester resin was chosen for the study. Viscoelastic property was obtained by performing tensile creep test for unidirectional laminates in the transverse direction. In addition, shrinkage caused by physical aging was obtained by measuring the strain change for unidirectional laminates as well. Experimental results were applied to the classical lamination theory in order to predict the time-dependent dimensional change of a symmetrical cross-ply laminates. The strain change in a symmetrical cross-ply laminates was obtained experimentally using an extensometer, and the result was compared with the prediction. From the comparison, it was concluded that the proposed prediction method is appropriate. It was also found that physical aging shrinkage must be compensated in order to evaluate the relaxation modulus from tensile creep test result. The effect of physical aging shrinkage must also be considered in prediction of time-dependent deformation in cross-ply laminates.

高温水環境下における樹脂中ガラス繊維の残存強度の予測法の提案

小谷 正浩;川田 宏之

日本機械学会論文集 A編77(783)p.1956 - 19662011年-2011年

CiNii

詳細

ISSN:0387-5008

概要:Mechanical properties of glass fiber reinforced plastics (GFRP) mainly depend on the mechanical properties of the glass fiber, which decreases with stress and corrosion. Thus, the calculation method to predict the residual fiber strength after exposure to stress and corrosion is required. In this paper, constant strain test of single fiber composite (SFC) was conducted in hydrothermal environment (deionized water) at 40°C and 75°C to apply the stress and the hydrothermal aging. The residual fiber strength after constant strain test was evaluated by fiber fragmentation test. Besides, the residual strength of glass fiber was predicted using subcritical crack growth model. In the subcritical crack growth model, the surface flaw on the fiber surface which arises while manufacturing was assumed as an ideal crack. The crack growth rate was expressed by the combination of Paris law and Arrhenius model, and the strain history of constant strain test was integrated into the calculation. The residual strength of the glass fiber was calculated based on the fracture mechanics discussing the crack length. The predicted results of the fiber strength showed good agreement with the experimental data at various experimental conditions and the validity of the proposed model was ascertained in this paper.

静的引張試験による疲労荷重下における[0m/90n]sクロスプライCFRP積層板に生じるトランスバースクラックの発生予測

細井 厚志;高村 啓吾;佐藤 成道;川田 宏之

日本機械学会論文集 A編78(791)p.1000 - 10122012年-2012年

CiNii

詳細

ISSN:0387-5008

概要:A method to predict quantitatively the first of transverse cracks accumulated in the various types of [0m/90n]s cross-ply carbon fiber reinforced plastic (CFRP) laminates subjected to fatigue loading was proposed. On the basis of the assumption that the mechanism of transverse crack initiation is equivalent to that of transverse crack increase in the earlier stage of fatigue within low transverse crack density, the cycles at which a transverse crack initiates are calculated by applying the normalized modified Paris law, which shows the relationship between the transverse crack density growth rate and the normalized energy release rate range associated with the transverse crack formation. When the constants of the normalized modified Paris law are given with an arbitrary cross-ply laminate, the proposed method makes possible to predict the initiation of a transverse crack in the other various types of cross-ply laminates under fatigue loading by only measuring the stress at which a transverse crack initiates under static tensile loading.

構成材のひずみ速度依存性の影響を考慮した一方向FRPの圧縮強度予測

井上 直紀;谷口 憲彦;西脇 剛史;平山 紀夫;中村 幸一;荒尾 与史彦;川田 宏之

日本機械学会論文集 A編78(793)p.1284 - 12992012年-2012年

CiNii

詳細

ISSN:0387-5008

概要:This study presents an analytical model to predict compressive strength of unidirectional FRP. Proposed model considers the effect of strain-rate dependency on mechanical properties of constituent materials. The model is based on the elastic foundation model and the microbuckling model of fiber which has initial misalignment in matrix. Compressive deformation of unidirectional FRP is considered by dividing into fiber microbuckling region and plastic kinking region. Additionally, to take into consideration the change in compressive deformation mode accompanying fiber volume fraction or fiber microbuckling, A mode function is introduced. The predictions from the proposed model are compared with experimental results of unidirectional E-glass/Epoxy and T700SC/Epoxy evaluated by using the conventional split Hopkinson pressure bar method. Incorporating strain-rate dependency on compressive modulus of reinforcement calculated from composite mixture law, the predictions are found to be in good agreement with experimental results of strain-rate dependency on compressive strength. Accuracy of the prediction is improved by changing the mode function.

疲労荷重下におけるCFRPクロスプライ積層板のトランスバースクラック発生に関する層厚さの影響

栗原 謙;細井 厚志;佐藤 成道;川田 宏之

日本機械学会論文集 A編79(799)p.249 - 2652013年-2013年

CiNii

詳細

ISSN:0387-5008

概要:The effect of ply thickness on the formation of first transverse crack caused in cross-ply carbon fiber reinforced plastic (CFRP) laminates was evaluated under fatigue loading. In addition, the initiation process of the transverse crack was observed with an atomic force microscopy (AFM) in detail. The formation of the first transverse crack was evaluated quantitatively with the power law between the transverse crack density growth rate and the normalized energy release rate range associated with transverse crack formation. The analytical results showed good agreement with the experimental results. Moreover, from the analytical results with the cross-ply [0/906]s and [02/9012]s laminates, it was shown that the fatigue life to the formation of the first transverse crack in [0/906]s is approximately 100 times longer than that in [02/9012]s. Furthermore, as the results observed the process of the transverse crack initiation with AFM, it was cleared that matrix resins around fibers were uplifted on the laminate edge surface due to cyclic loading. The observation results indicate that the micro cracks are initiated at the interface between fiber and matrix resin by the stress concentration due to the uplift of matrix resins, that the micro cracks grow to the thickness direction in 90° plies with concatenating the interfacial cracks and that the transverse crack is formed finally.

熱残留応力緩和およびフィジカルエージングによるCFRP擬似等方性積層板の経時寸法変化

丹羽 智之;荒尾 与史彦;川田 宏之

日本機械学会論文集 A編79(803)p.950 - 9602013年-2013年

CiNii

詳細

ISSN:0387-5008

概要:In this paper, time-dependent dimensional change in quasi-isotropic laminates induced by relaxation of thermal residual stress and physical aging was predicted by the classical lamination theory. CFRP with pitch-based carbon fiber and cyanate ester resin was chosen for the study. Viscoelastic properties were investigated by performing tensile creep test for unidirectional laminates in the transverse direction. In addition, shrinkage strain induced by physical aging was studied by measuring the strain change of unidirectional laminates as well. Shrinkage strain in off-axis layers was calculated by using the coordinate-transform method. Shrinkage strain in 60° and 45° laminates were measured and the results were compared with the calculation. From the comparison, it was found that shrinkage strain of off-axis layers can be calculated by using the coordinate-transform method. Experimental results were applied to the classical theory in order to predict the time-dependent dimensional change of quasi-isotropic laminates. The strain change in quasi-isotropic laminates was obtained experimentally, and the result was compared with the prediction. It was verified that the time-dependent deformation of quasi-isotropic laminates can be predicted with a με-order by using proposed prediction method.

層間高靱性化CFRPクロスプライ積層板の繰り返し荷重下におけるトランスバースクラック発生評価

川田 宏之;曽我 理昂;重盛 洸;細井 厚志;藤田 雄三

日本機械学会論文集80(812)p.SMM0079 - SMM00792014年-2014年

CiNii

詳細

ISSN:2187-9761

概要:Initiation and growth behaviors of a transverse crack occurred in interlaminar toughened CFRP cross-ply laminates under cyclic loading were evaluated. Specimens whose stacking sequence is [0/904]S and [0/906]S were formed with T800S/3900-2B prepreg. The specimen edges were observed with an optical microscope and a laser microscope to investigate the behavior of transverse crack initiation and growth. To observe the edge surface of the specimen at arbitrary loading cycles, a replica technique was used. In addition, soft X-ray photography was used to observe internal damage. The number of cycles to transverse crack initiation was predicted quantitatively by applying the normalized modified Paris law, which shows the relationship between transverse crack density growth rate and normalized energy release rate range associated with transverse crack formation. Analytical results showed good agreement with experimental results. It was found that transverse crack initiation in interlaminar toughened CFRP laminates can be evaluated by applying the normalized modified Paris law. Moreover, in comparison to the laminates with and without toughened layers, the fatigue life to transverse crack initiation was prolonged due to the toughened layers. From damage observation, it was cleared that a transverse crack path to the thickness direction of the laminate was prevented by polyamide particles in the toughened layers. Therefore, it was found that the toughened layers dispersed polyamide particles to prevent delamination are effective for obstructing initiation of a transverse crack under cyclic loading.

面外方向繰り返し荷重を受ける層間高靱性化CFRP積層板の疲労強度特性

重盛 洸;細井 厚志;藤田 雄三;川田 宏之

日本機械学会論文集80(812)p.SMM0087 - SMM00872014年-2014年

CiNii

詳細

ISSN:2187-9761

概要:In this study, fatigue strength properties of interlaminar toughened CFRP laminates in the out-of-plane direction, or through thickness, were investigated. Thick laminates whose stacking sequence was unidirectional were formed with 88 plies of T800S/3900-2B prepreg. The T800S/3900-2B prepreg is constituted of fiber layer and interlaminar toughened layer in which polyamide particles are dispersed. The material properties of the thick laminates were measured by compression test and 4-points shear test. Spool specimens machined from the thick laminates were loaded in the out-of-plane direction. Stress distributions of spool specimens were evaluated by FE analysis. Fiber layer and interlaminar toughened layer in the each ply were modeled separately in the analysis. In comparison to the out-of-plane direction, the properties of in-plane transverse direction were investigated with 90° thin laminates. To evaluate the fatigue strength properties quantitatively, an analytical equation was introduced for the results of fatigue test. The fracture surfaces of the specimens after static and fatigue tests were observed by SEM. From the observation of the fracture surfaces after fatigue test, it was found that the interfacial debonding between fiber and matrix was occurred due to cyclic loading in both of specimens. In addition, it was observed that crack generated from debonding grew in the fiber layer until ultimate fracture. Moreover, the experimental and analytical results showed that, in comparison to the in-plane transverse direction, the fatigue life in the out-of-plane direction is shorter.

疲労負荷下におけるクロスプライCFRP積層板のトランスバースクラック発生評価

髙村 啓吾;細井 厚志;佐藤 成道;川田 宏之

日本機械学会論文集 A編77(779)p.1123 - 11342011年-2011年

CiNii

詳細

ISSN:0387-5008

概要:In this study, transverse crack initiation in cross-ply CFRP laminates under fatigue loading was evaluated focusing on the transverse crack growth and saturation. The number of cycles that a transverse crack initiates was predicted by the analytical model on the basis of the modified Paris law. In addition, the lower threshold of the transverse crack formation was researched by a modified Paris-law, and the fatigue limit of the transverse crack initiation was evaluated by calculating the stress applied in 90° layer where the increase of the transverse cracks was saturated. Moreover, transverse crack was observed by using scanning electron microscope (SEM) in order to investigate the mechanism of transverse crack initiation. As the results, the analytical results for predicting the transverse crack initiation showed good agreement with the experimental results. Moreover, it was shown that the lower threshold of the transverse crack formation existed, and that the stress applied in 90° layer at saturation state was almost equivalent to the fatigue limit of the transverse crack initiation from the experimental results. From the observation with SEM, it was found that the initiation of the transverse crack under fatigue loading depended on the interface property between fiber and matrix.

120 層間高靭性化厚肉CFRP積層板の面外方向疲労特性に及ぼす圧縮荷重の影響

柘植 紫苑;世木 選;細井 厚志;藤田 雄三;武田 一朗;川田 宏之

機械材料・材料加工技術講演会講演論文集2015(23)p."120 - 1"-"120-3"2015年11月-2015年11月 

CiNii

詳細

概要:An effect of compressive loads on the out-of-plane fatigue properties of thick CFRP laminates with the toughened interlaminar layers was investigated. The unidirectional [O_<88>] and quasi-isotropic [45/0/-45/90]_<11s> laminates were fabricated using T800S/3900-2B prepreg. This prepreg is constituted of a fiber layer and an interlaminar toughened layer in which polyamide particles are dispersed uniformly. The spool shaped specimens which were machined from the thick laminates were loaded in the out-of-plane direction of the specimen. The fatigue tests were performed at three types of stress ratios of R= 0.1, -1 and -3. As the results of the fatigue tests, it was conformed that the fatigue life was reduced with the compressive load under same maximum stress. In addition, the effect of the stress ratio on the fatigue life was dependent on the laminate configuration. When the cyclic loading at R= -3 were applied in the unidirectional specimen, the shear fracture mode was observed in the high-cycle region.

129 液中プラズマ処理による燃料電池電極用白金ナノ粒子担持CNTの創成

中村 紘大;金 太成;細井 厚志;川田 宏之

機械材料・材料加工技術講演会講演論文集2015(23)p."129 - 1"-"129-5"2015年11月-2015年11月 

CiNii

詳細

概要:In this study, we synthesized cup-stacked carbon nanotubes (CSCNT) supported platinum nanoparticles (PtNPs) using liquid phase plasma treatment, and morphology, particle size distribution and supported amount of the PtNPs supported onto the CSCNT were investigated. PtNPs were supported onto the CSCNT surfaces using liquid phase plasma treatment after adsorption of Pt precursor onto the CSCNT surfaces. First, observation of the CSCNT surfaces with field-emission transmission electron microscopy (FETEM) were conducted to examine the morphology of the PtNPs supported onto the CSCNT surfaces. PtNPs were well anchored and uniformly dispersed on the CSCNT surfaces without any dispersion stabilizer due to an exposure of the dangling bonds of graphene sheet which has high chemical reaction field. Moreover, the PtNPs size distribution of the CSCNT supported PtNPs were investigated with FETEM images of the CSCNT surfaces. The average size of PtNPs supported onto the CSCNT surfaces was about 2.2 nm, which was smaller than the PtNPs of conventional electrode catalysts for PEFC (3〜5 nm). Thermogravimetric analysis (TGA) of the CSCNT supported PtNPs were performed to investigate the supported amount of Pt of the CSCNT supported PtNPs. The supported amount of Pt was about 14.7 wt%, which was smaller than the PtNPs of conventional electrode catalysts for PEFC (50〜60 wt%).

CFRP円筒材のねじり疲労特性に及ぼす積層構成の影響

渡邉 太一;里村 圭介;木元 尚紀;中村 崇人;金 太成;細井 厚志;川田 宏之

日本機械学会論文集0(0)2016年-2016年

CiNii

詳細

ISSN:2187-9761

概要:Application of carbon fiber reinforced plastics (CFRP) pipes to torque transmission shafts makes it possible to improve automotive driving performance as well as fuel efficiency. A modified simultaneous multi ply winding method was developed as a new forming method for CFRP pipes using prepregs. The CFRP pipes formed by the method have fewer initial flaws, such as voids and fiber waviness. It resulted in 20 % increase in the static torsional strength than conventional CFRP pipes formed by a filament winding method. In this study, effects of stacking sequence on the torsional fatigue properties of the CFRP pipes formed by the modified method were investigated. Torsional fatigue tests were conducted under load control. All tests were conducted at the test frequency f=1 Hz, the maximum applied torque Tmax=1.0 kNm and the stress ratio R=0.1. [902/-45/+45]6 and [90/-45/90/+45]6 pipes were formed to investigate effects of lamination angle difference between adjacent plies. Maximum lamination angle difference of the [90/-45/90/+45]6 pipe is smaller than that of the [902/-45/+45]6 pipe. When the CFRP pipes had smaller lamination angle difference, the initiation and growth of the delamination from the prepreg end in the innermost layer were delayed because interlaminar stress was reduced. Moreover, [(90/-45/90/+45)6/90] pipes were formed to investigate effects of an application of a 90° layer on the innermost layer. As the result, the delamination hardly initiated since the shear stress on the prereg end was reduced. Consequently, the fatigue life of the [(90/-45/90/+45)6/90] pipes increased seven-fold than that of the [902/-45/+45]6 pipes due to improvement of delamination resistance under cyclic torsional loading.

射出成形ガラス長繊維強化ポリアミドの衝撃引張特性に及ぼす繊維径の影響

小澤 憲人;金 太成;角田 大地;荒尾 与史彦;谷口 憲彦;西脇 剛史;細井 厚志;川田 宏之

日本機械学会論文集0(0)2016年-2016年

CiNii

詳細

ISSN:2187-9761

概要:Applications of fiber reinforced plastics have been expanding due to improvement of not only fuel efficiency but also the motion performance of some recent vehicles. Especially, the demand for injection-molded fiber reinforced thermoplastics is expected to increase because of their superior moldability, productivity and recyclability. In this study, the influence the fiber diameter has on the impact tensile properties of long glass-fiber reinforced polyamide (GF/PA) is investigated using the split Hopkinson pressure bar method. Prior to the tensile tests, an investigation of the fiber-orientation distribution was conducted in order to cut out specimens with the same fiber orientation angle from the injection molded plate. Two types of specimens, referred to as specimens with high- and low orientation angle, were manufactured using glass fibers with average diameters of 13, 17, 23 μm. In the tensile test, the GF/PA with smallest fiber diameter showed the highest tensile strength and the most significant strain rate dependency on the strength. These effects were more significant for the specimens with high orientation angle. From SEM observations on the fracture surface and an average fiber length measurement, it was observed that the interfacial fracture and the fiber breakage were dominant failure modes under the considered tensile loading conditions. It was suggested that decreasing the stress acting on the fiber/matrix interface by reducing the fiber diameter affected the improvement of the GF/PA strength. Using the modified linear rule of mixtures, the tensile strength was predicted. The predictions showed good agreement with experimental results. Therefore, it is believed that the decrease of critical fiber length is the reason that the impact tensile properties are higher for the samples with smaller fiber diameter.

OS1408-248 CNTs析出炭素繊維を強化材とした一方向CFRPの力学特性評価

寺内 幹;大澤 貞幸;金 太成;川田 宏之

M&M材料力学カンファレンス2015p."OS1408 - 248-1"-"OS1408-248-3"2015年11月-2015年11月 

CiNii

詳細

概要:Combining composites with nanoscale materials such as Carbon Nanotubes (CNTs) has attracted much attention, because various synergic effects can be realized easily. Especially, grafting CNTs onto carbon fibers and reinforcing the interface between resin and the fibers are promising approaches in enhancing the mechanical properties. In this study, the effects of CNTs grafted onto carbon fibers on the mechanical properties of multiscale CFRP were investigated. CNTs were grafted on carbon fibers by chemical vapor deposition (CVD) using a Fe-Cu catalyst system at temperature <600 ℃. As a result, degradation of the properties of the carbon fibers was suppressed. Interfacial shear strength (IFSS) was increased by 45.8%. After that, static tensile test of unidirectional CFRP (0° and 10°) was performed. The elastic modulus was increased by CNTs around the carbon fibers. In case of the 10° specimens, the shear yield stress increased by 41.9%. It was the result from improvement of the yield strength of matrix resin around the carbon fibers by grafting CNTs.

Effects of stacking sequence on static torsional properties of CFRP pipes

Watanabe, Taichi; Satomura, Keisuke; Kimoto, Naoki; Nakamura, Takato; Kim, Tae Sung; Hosoi, Atsushi; Kawada, Hiroyuki

Zairyo/Journal of the Society of Materials Science, Japan65(8)p.567 - 5722016年08月-2016年08月 

DOIScopus

詳細

ISSN:05145163

概要:©2016 The Society of Materials Science.Carbon fiber reinforced plastics (CFRP) pipes are expected to substitute for steel drive shafts to improve motorcar's fuel efficiency and driving performance. The static torsional strength of CFRP pipes formed by a modified simultaneous multi ply winding method is 20% higher than that of CFRP pipes formed by a filament winding method owing to few initial flaws. As the results of static torsional tests regarding [90/-45/+45]6 pipes, it was revealed that the delamination from the prepreg end occurred in the innermost layer and propagated in the interlaminar area of the -45°/+45° plies before the final failure. It is expected to design stacking sequence for preventing the delamination. In this study, effects of stacking sequence on the static torsional properties of the CFRP pipes were investigated. [902/-45/+45]6 and [90/-45/90/+45]6 pipes were formed to investigate effects of lamination angle difference between adjacent plies. Maximum lamination angle difference of the [90/-45/90/+45]6 pipe is smaller than that of the [902/-45/+45]6 pipe. In case of the [90/-45/90/+45]6 pipes with small lamination angle difference, the initiation of the delamination was delayed because the interlaminar stress was reduced. Furthermore, [(90/-45/90/+45)6/90] pipes were formed to investigate effects of an application of a 90° layer on the innermost layer. The delamination from the prepreg end did not occur before the final failure by the application of a 90° layer on the innermost layer since the applied load on the prereg end was reduced. Finally, the static torsional strength of the [(90/-45/90/+45)6/90] pipes was 25% higher than that of the [902/-45/+45]6 pipes due to improvement of delamination resistance.

書籍等出版物

JSMEテキストシリーズ 機械材料学

日本機械学会編

日本機械学会2008年 01月-

詳細

ISBN:978-4-88898-169-9

特許

整理番号:28

積層材料の層間破壊じん性試験装置(日本)

中屋 久仁康, 森山 英重, 川田 宏之

特願2000-065581、特開2001-255248

整理番号:1445

FRP円筒及びその製造方法(日本)

川田 宏之

特願2013- 47818、特開2014-172308

外部研究資金

科学研究費採択状況

研究種別:

高密度化無撚CNT糸を用いた革新的超軽量高強度複合材料の開発

2015年-0月-2018年-0月

配分額:¥16770000

研究種別:

CNT析出強化階層型複合材料の創成と界面評価および衝撃・疲労特性

2012年-0月-2015年-0月

配分額:¥18070000

研究種別:

水環境下におけるPMCの損傷発達と長期耐久性

配分額:¥4810000

研究種別:

極限環境下におけるPMCの時間依存特性と長期信頼性評価

配分額:¥3740000

研究種別:

酸応力環境下におけるGFRPの長期信頼性評価

配分額:¥3700000

研究種別:

酸応力環境下におけるGFRP織物積層板の下限界特性

配分額:¥3600000

研究種別:

新鮮な血液を用いた機械加工表面性状の定量評価の試み

配分額:¥2000000

研究種別:

酸応力環境下におけるGFRP織物積層板のき裂進展挙動

配分額:¥3800000

研究種別:

酸応力環境下におけるGFRP織物積層板の応力腐食割れ特性

配分額:¥3400000

研究種別:

国際規格対応の心臓代用弁多機能評価シュミレータの開発

配分額:¥9100000

研究種別:

大電流容量を有する革新的カーボンナノチューブ金属複合配線材の創製

2018年-0月-2020年-0月

配分額:¥6240000

研究種別:

革新的合成法による無撚CNT繊維強化複合材料の創成と高強度化

2018年-0月-2021年-0月

配分額:¥17810000

研究資金の受入れ状況

提供機関:文部科学省

極限環境下における先進複合材料の高度利用技術の開発1999年-2003年

学内研究制度

特定課題研究

ハイブリッドナノ複合材料の材料創製と強度発現機構

2011年度

研究成果概要:本研究課題では,ハイブリッドナノ複合材料の材料創製に先駆け,ガラス繊維へのカーボンナノチューブ(CNT)の析出による表面改質の確立・評価を目的とした.CNT析出による表面改質は化学気相成長法(CVD法)を用いて行った.まず,析出温...本研究課題では,ハイブリッドナノ複合材料の材料創製に先駆け,ガラス繊維へのカーボンナノチューブ(CNT)の析出による表面改質の確立・評価を目的とした.CNT析出による表面改質は化学気相成長法(CVD法)を用いて行った.まず,析出温度,析出時間,触媒量,炭素源量をパラメータとした様々な条件下でTガラス繊維へのCNTの析出を行った.その中で析出量に差が出た2条件についてTガラス繊維の機械的性質の変化および樹脂中に埋蔵した場合の界面接着性の測定および定量的な評価を行った.また,比較のため未処理のガラス繊維および熱処理のみを施した繊維も同様に試験を行った.Tガラス繊維の機械的性質についてはCNT析出により引張強度および破断ひずみに約60%の低下がみられた.この原因はCVD法での繊維の加熱および装置からの取り出し時の環境ガスによるものと考えられる.そこで環境ガスを空気から窒素に変更して同様の条件で作製したTガラス繊維の機械的性質を調査した結果,機械的性質の低下が抑制された.次に,CNTを析出させたTガラス繊維をエポキシ樹脂中に1本埋蔵したモデル試験片を作製し,界面接着性の測定および定量的評価を行った.熱処理のみを施した繊維については界面接着性の低下が確認されたものの,CNTを析出させた2条件については界面接着性の向上が確認された.また,得られた結果から界面せん断強度を算出すると,CNTを析出させた場合,未処理のものと比較して約45%以上の上昇が確認された.これは,CNTの析出したTガラス繊維を樹脂中に埋め込むことでCNTに樹脂が含浸してCNT層を形成するためであると考えられる.この層の弾性率をナノインデンテーション試験により測定した結果,CNT層の弾性率はエポキシ樹脂よりも高いことが明らかとなった.これより,CNT析出繊維の界面接着性の上昇の要因はCNT層形成による繊維周囲の弾性率の変化であることが示唆された.以上の結果をもとに弾性軸対称モデルを用いて数値計算を行った結果,CNT層の弾性率の増加を考慮した場合,界面せん断強度が上昇することが解析的にも確認された.ただし,本研究で用いたモデルは実際の実験的事実を考慮していない簡素的なモデルであるため,今後はそれらの要素を導入したモデルの構築が課題となると考えられる.

FRPの表面コーティングによる長寿命材料の開発

2011年度

研究成果概要:繊維強化プラスチック(FRP)の更なる長寿命化を図るために,「FRPの表面に金属薄膜を被覆して強化する」という新しい発想に基づく研究の提案を行った.金属薄膜の目的は,FRPの弱点である水分拡散を防ぐものであり,水分バリアーとして最...繊維強化プラスチック(FRP)の更なる長寿命化を図るために,「FRPの表面に金属薄膜を被覆して強化する」という新しい発想に基づく研究の提案を行った.金属薄膜の目的は,FRPの弱点である水分拡散を防ぐものであり,水分バリアーとして最も有効に機能するか検討を行った.具体的には,GFRPへのNi-Pめっき技術の確立,吸水試験による水分バリアー機能の評価方法の検討,Ni-Pめっきの膜厚変化による吸水特性のモデル化の三点について研究を行った.GFRPへのNi-Pめっき技術の確立:母材をビニルエステル樹脂,強化繊維をEガラスクロスとした平織GFRP積層板(以降平織GFRPと表記)へNi-Pめっきを施す技術の確立を行った.通常の工程でめっきを行った際,亀裂やフクレなどのめっき不良が生じたため,基板である平織GFRPにあらかじめ物理エッチング(サンディング)を施すことでめっき不良が改善された.物理エッチングは#120~#2000まで行い,#1200が最適であると決定した.ビニルエステル樹脂および平織GFRPともにめっき浴浸漬時間と膜厚の関係を調査し,膜厚制御を可能とした.吸水試験による水分バリアー昨日の評価方法の検討:通常の吸水試験を行った場合,同程度のNi-P膜厚に対しての重量増加率の変化の挙動がビニルエステル樹脂と平織GFRPで大きく異なった.この原因として,平織GFRPの端部(側面)をSEMで観察を行ってみたところ,ガラス繊維がむき出しとなっていたため,端部からの吸水が顕著に表れたからであると示唆された.そこで,片面のみから吸水するような試験機(片面吸水試験機)の創作を行った.片面吸水試験を行った結果,ビニルエステル樹脂と平織GFRPの重量増加率は似た挙動となった.Ni-Pめっきの膜厚変化による吸水特性のモデル化:吸水試験の結果から,Ni-Pめっきの膜厚が厚くなるほど,吸水飽和したときの重量増加率が低下することが判明した.このような傾向は吸湿試験において試験片に対する相対湿度が変化すると,飽和したときの重量増加率が変化するという実験結果と酷似している.そこで,Ni-Pコーティングを施すことで,基板(ビニルエステル樹脂,平織GFRP)周囲の水分環境が変化すると仮定した.湿度環境下にさらされた際の吸水飽和したときの重量増加率の理論式の変形を行い,Ni-P膜厚に対する吸水飽和したときの重量増加率の予測が可能となった.今後の展望として,水分バリアー機能がさらに向上されると考えられる多層めっきを施す必要があると考えられる.

メッキコーティングによる超長寿命複合材料の創出

2012年度

研究成果概要:繊維強化プラスチック(FRP)の更なる長寿命化を図るために,「FRPの表面に金属薄膜を被覆して強化する」という新しい発想に基づく研究を行った.金属薄膜の目的は,FRP内部への水分拡散を防ぐものであり,水分バリアーとして有効に機能す...繊維強化プラスチック(FRP)の更なる長寿命化を図るために,「FRPの表面に金属薄膜を被覆して強化する」という新しい発想に基づく研究を行った.金属薄膜の目的は,FRP内部への水分拡散を防ぐものであり,水分バリアーとして有効に機能するか検討を行った. 本年度は2011年度に行っためっき技術および吸水試験の結果の妥当性について調査した.・めっき技術について めっき被膜は2011年度と同様に,耐食性,耐摩耗性に優れるNi-Pとした.基板は平織GFRP積層板(母材樹脂:ビニルエステル樹脂,強化繊維:Eガラスクロス)である.2011年度では,通常のめっき工程ではめっき不良が生じたため,めっき工程に物理的エッチング(#120~#2000)を導入することでめっき不良を改善した.さらに,得られるめっき被膜の膜厚および均一性を考慮し,#1200に決定した.2012年度は,3D形状測定顕微鏡を用いた観察から,めっき膜厚の標準偏差と表面粗さに相間関係があることがわかり,2011年度の結果の妥当性を確認した.・吸水試験について 2011年度において,試験片全面を水中に浸漬させる通常の吸水試験方法ではめっき被膜の防水性を評価することは困難であったため,片面のみを浸漬させるように片面吸水試験機を創作し,評価を可能とした.その結果,めっき膜厚の増加に伴い,吸水飽和時の重量増加率および拡散係数の低下が確認された.2012年度では,吸水試験後の試験片表面の観察を行い,前年度の結果を視覚的に考察した.試験片表面の観察から,①めっき時間の増加(めっき膜厚の増加)に伴うめっき粒子の粒径が拡大すること,②めっき被膜は層状の組織を成しており,吸水試験後においてはめっき被膜にき裂が生じ,徐々に剥がれていくことが判明した.めっき膜厚が薄い場合にはき裂がGFRPにまで達してしまい,早い段階で吸水が起きてしまうと推察された.き裂が生じる原因として基板のGFRPとめっき被膜の熱膨張率の差が挙げられる.以上の結果より,2011年度の結果の妥当性が示された. 以上より,金属皮膜が水分バリアーとして機能し得ることが確認され,より最適なめっき被膜の選定,密着性の向上によって更なる防水効果が期待できる.

面外方向繰り返し荷重を受けるCRRP積層板の破壊メカニズム

2014年度

研究成果概要:本研究では,層間高靱性化CFRP積層板の面外方向における疲労強度特性の評価を行うことを目的とした.層間に熱可塑性粒子を含んだ層間強化層を持つプリプレグ,T800S/3900-2Bを一方向に88 ply積層し,成形された厚肉CFRP...本研究では,層間高靱性化CFRP積層板の面外方向における疲労強度特性の評価を行うことを目的とした.層間に熱可塑性粒子を含んだ層間強化層を持つプリプレグ,T800S/3900-2Bを一方向に88 ply積層し,成形された厚肉CFRP積層板よりスプール形状の試験片を作製した.試験片の両端を精度よくタブと接着し,面外方向の負荷を可能とした.また,層間強化層を考慮した有限要素解析を行い,スプール形状試験片の応力状態を評価した.さらに,得られた試験結果に解析式を適用し,面外方向の疲労強度特性を定量的に評価した.以下に得られた成果,結論を述べる.(1)スプール形状試験片および接着冶具を用いることで,接着時に試験片とタブの接着が精度よく行えるため,面外方向特性の厳密な評価が可能となることが示された.さらに,接着後のタブ付き試験片の接着部に補強を行うことで,過去に報告の少ない面外方向の疲労試験を行うことに成功した.(2)静的試験結果について,面外方向垂直応力の応力集中を考慮し評価した結果,面外方向の静的強度特性は,面内トランスバース方向の静的強度特性と比べて低下することが示唆された.また,層間高靱性化CFRP積層板に面外方向の荷重が作用した際には,繊維層での破壊が支配的であることが示唆された.(3)面外一方向材の疲労試験結果について,面外方向応力の応力集中を考慮して評価した結果,面内トランスバース方向の疲労強度特性と比較して,面外方向の疲労強度特性は低下する傾向が見られた.また,静的試験以上に繊維層での破壊が支配的であることが示唆された.(4)疲労試験結果にH-k則を適用し,解析的に疲労強度特性を比較した.S-N線図へのフィッティングにより得られた各材料パラメータは面外方向がH=1.76,k=9.47,面内トランスバース方向がH=0.991,k=16.6となった.さらに,面内トランスバース方向の材料パラメータを用いて面外方向の疲労寿命を予測したところ,長寿命側に予測した.この結果より,面外方向の疲労強度特性が低くなることが解析的に示された.(5)静的試験後の破面と比較し,疲労試験後の破面では繊維への樹脂の付着量が少ないことから,繰り返し荷重による繊維/樹脂界面はく離の発生が示唆された.したがって,面外方向,面内トランスバース方向ともに,疲労荷重下においては,繊維/樹脂界面はく離を起点として発生したクラックが,臨界き裂長さに達した時点で破断することが推察された.さらに,面内トランスバース方向ではクラックの進展方向に破壊靱性値の高い熱可塑性粒子を含む層間強化層をクラックが進展する必要があることから,面外方向は面内トランスバース方向と比較して,疲労強度特性が低下するものと結論付けた.

面外方向繰り返し荷重を受けるCFRP積層板の両振り疲労特性評価

2015年度共同研究者:細井厚志

研究成果概要: 本研究では層間高靭性化CFRP積層板(T800S/3900-2B)の面外方向(Z方向)疲労特性の評価のため,Z方向引張-圧縮疲労試験(R=-1)を行い,Z方向引張-引張疲労試験と比較,応力比および繰り返し圧縮荷重が層間高靭性化C... 本研究では層間高靭性化CFRP積層板(T800S/3900-2B)の面外方向(Z方向)疲労特性の評価のため,Z方向引張-圧縮疲労試験(R=-1)を行い,Z方向引張-引張疲労試験と比較,応力比および繰り返し圧縮荷重が層間高靭性化CFRP積層板に与える影響を調査した.また同一スプール形状試験片を使用した面内トランスバース方向(T方向)引張-引張疲労試験(R=0.1)を行い,Z方向との比較を行った.その結果,疲労試験にて得られたS-N線図にて整理を行い,疲労強度に及ぼす圧縮応力の影響,およびZ方向試験片はT方向試験片に比べ疲労寿命が短いことが示唆された.有限要素解析によって試験片内の応力分布を評価した.圧縮熱残留応力の影響により,繊維層に作用する応力が異なることを明らかにした.

配線用超軽量高導電性CNT複合金属繊維の創製

2016年度

研究成果概要:本研究では,大電流容量・高導電率を有する金属複合繊維の作製を目的とし,繊維配向性の高いCNT無撚糸を硫酸銅メッキ浴に浸漬させた後,電気メッキ処理を行うことで,繊維内部に銅が析出した銅複合CNT無撚糸の作製を行った.作製した繊維の繊...本研究では,大電流容量・高導電率を有する金属複合繊維の作製を目的とし,繊維配向性の高いCNT無撚糸を硫酸銅メッキ浴に浸漬させた後,電気メッキ処理を行うことで,繊維内部に銅が析出した銅複合CNT無撚糸の作製を行った.作製した繊維の繊維長手方向には部分的に銅が連結するような析出形態をしていることが確認された.また,作製した繊維に対して,電気特性評価を行ったところ,銅複合CNT無撚糸の電気特性は繊維外周部に堆積した金属層の影響が支配的であるという結果を得た.そこで,繊維内部に析出した銅の電気特性に対して与える影響の調査を行ったところ,繊維内部に銅が析出することにより,電流密度増加に伴う抵抗率の増加が緩やかになることで,電流容量が増加することが確認された.

繰り返し荷重を受ける層間高靭性化厚肉CFRP積層板の特性評価

2016年度共同研究者:細井厚志

研究成果概要: 本研究では層間高靭性化CFRP積層板(T800S/3900-2B)の面外方向(Z方向)疲労特性に与える応力比の影響を評価するため,複数の応力比条件(-1, -3,-6)にてZ方向疲労試験を実施し,圧縮荷重が積層板のZ方向疲労寿命... 本研究では層間高靭性化CFRP積層板(T800S/3900-2B)の面外方向(Z方向)疲労特性に与える応力比の影響を評価するため,複数の応力比条件(-1, -3,-6)にてZ方向疲労試験を実施し,圧縮荷重が積層板のZ方向疲労寿命に与える影響の調査を行った.その結果,応力比が小さくなるにつれて疲労寿命も低下していることから,負荷される圧縮荷重の大きさが疲労寿命に影響を与えることが明らかとなった.損傷観察により,圧縮荷重の増加に伴い繊維/母材樹脂界面でのはく離は促進されるが,破壊形態に変化は与えないことが示唆された.有限要素解析により算出された面外方向応力と修正H-kモデルを用いることで疲労寿命に与える圧縮荷重の影響を定量的に評価し,等寿命線図による疲労寿命予測を行った.

大電流容量を有する配線用CNT複合繊維の創製

2017年度

研究成果概要:大電流容量・高導電率を有する配線用CNT金属複合繊維の創製に向け,母材となる高配向CNT糸に黒鉛化処理ならびに高密度化処理を施し,各処理が繊維の電気特性に及ぼす影響の定量評価を行った.CNT糸の黒鉛化処理では,不活性ガス環境下にお...大電流容量・高導電率を有する配線用CNT金属複合繊維の創製に向け,母材となる高配向CNT糸に黒鉛化処理ならびに高密度化処理を施し,各処理が繊維の電気特性に及ぼす影響の定量評価を行った.CNT糸の黒鉛化処理では,不活性ガス環境下における高温熱処理によって結晶性が改善し,それに伴う比導電率・比電流容量の顕著な増加が確認された.一方,ポリマー溶液浸漬による高密度化処理では,繊維の収縮によってCNTバンドル間の空隙が減少し,導電率が大幅に向上した.ポリマー処理によって線密度の増加が見られたことから,ポリマーがCNT糸に含浸し,残留していることが示唆された.

層間高じん性化CFRP積層板の面外疲労特性に及ぼす内部欠陥の影響

2017年度

研究成果概要:本研究では層間高靭性化CFRP積層板(T800S/3900-2B)の面外方向(Z方向)疲労特性に及ぼす内部欠陥の影響を評価するため,応力比R=0.1にてZ方向疲労試験を実施し,ボイド等の内部の初期欠陥が積層板のZ方向疲労寿命に及ぼ...本研究では層間高靭性化CFRP積層板(T800S/3900-2B)の面外方向(Z方向)疲労特性に及ぼす内部欠陥の影響を評価するため,応力比R=0.1にてZ方向疲労試験を実施し,ボイド等の内部の初期欠陥が積層板のZ方向疲労寿命に及ぼす影響の調査を行った.成形条件を変えることで積層板の空洞率や最大ボイド長さを変えた2種類の積層板を用いた.なお,空洞率や最大ボイド長さは試験片の端面観察および3次元X線CT装置を用いた内部観察により測定した.Z方向疲労試験を行った結果,本研究の範囲では初期欠陥の条件による疲労寿命の差異は見られないこと,試験片の表面性状を変化させた場合でも疲労寿命に差異は見られないことが明らかとなった.破壊力学的には脆性材料である本試験片の疲労寿命は最大ボイドの長さに大きく影響を受ける.しかしながら,本研究で用いた積層板はいずれも最大ボイド長さが2mm以上と大きい.したがって,内部欠陥や表面性状が疲労寿命に及ぼす差異が確認されなかったと示唆された.

GFRP積層板の応力腐食割れに関する研究

1995年度

研究成果概要: GFRP(ガラス繊維強化プラスチック)はその汎用性の高さから広範な分野で利用が広まっているが,強化材であるガラス繊維が腐食環境に接触し,応力腐食割れ(SCC)を起こすことが知られており,その破壊形態の解明は重要である。また,工... GFRP(ガラス繊維強化プラスチック)はその汎用性の高さから広範な分野で利用が広まっているが,強化材であるガラス繊維が腐食環境に接触し,応力腐食割れ(SCC)を起こすことが知られており,その破壊形態の解明は重要である。また,工学設計上重要と思われる,応力腐食割れにおけるき裂進展下限界応力拡大係数(KISCC)についての報告例は少なく,また環境条件がKISCCに及ぼす影響など,解決していない課題は多い。 そこで本研究では広範な酸応力腐食環境中での本材料の破壊機構・き裂進展挙動を調査するため,切欠きを有するGFRP織物積層板の応力腐食割れ荷重漸減試験を行い,KISCCの定量化と破壊機構の解明を行う。また破壊メカニズムを基礎とした数値計算モデルを提案し,き裂進展速度の推定を行う。 応力腐食割れ試験の結果,巨視的き裂進展挙動は遷移点を有し,パリス則に沿う定常き裂進展域と,KISCCへの漸近領域である低KI域へと大別できた。この両領域には微視的破壊機構に差異が見られ,特にKISCC近傍では荷重線方向の縦繊維周囲のマトリックスに特徴的な破面である,ポリゴナルラインが観察され,酸の拡散抵抗となっていることが分かった。これに対し定常き裂進展域においてはマトリックスは脆性的な破面を呈しており,ガラス単繊維のSCCにき裂進展挙動が依存していると考えられる。 これらの破面観察の結果から,定常き裂進展域に対してガラス単繊維の腐食モデルを基盤とした,き裂進展速度の予測モデルを提案し,その妥当性を検証するため,理論的観点から数値計算的手法を用いて巨視的き裂進展速度の予測を行った。ガラス繊維表面の初期欠陥が酸による腐食を受け,特徴的な破面であるミラーゾーンが成長し破断に至るモデルである。応力腐食割れにおける反応速度はArrheniusの式で示され,これを積分することによって繊維の破断時間を算出できる。また,これら単繊維の集合体である繊維束は楕円形状にて近似し,繊維配列を考慮することによって縦繊維束の定量的モデルがたてられる。繊維束側面に初期腐食領域を与え,腐食繊維からSCCが開始する。繊維束全体の破断時間を算出することにより,巨視的き裂進展速度が算出できる。 本モデルにより算出されたき裂進展速度は定常き裂進展域において実験値と良い一致を示し,繊維束内のき裂進展シミュレーションにより得られる縦繊維束内のき裂進展過程に関しても実験でのフラクトグラフィと一致し,本モデルの妥当性が示され,本モデルが,GFRP織物積層板のき裂進展速度予測に関して有効であると思われる。 以上より,実験的側面より詳細な破壊機構を解明し,これを基にして,き裂進展速度予測及びき裂進展シミュレーションが可能でかつ妥当性を有する数値計算モデルが提案され,この分野での新しい材料設計へのアプローチが示された。

酸応力環境下におけるGFRP織物積層板のき裂進展挙動

1999年度

研究成果概要: 塩酸応力環境下におけるGFRP織物積層板のき裂進展挙動及び下限界特性の解明を目的に研究を行った。本年度は新たに母材樹脂中への水溶液溶質の拡散現象を考慮した。拡散モデルを構築し、構成基材に依存しない統一的な破壊機構の提案を試みた。... 塩酸応力環境下におけるGFRP織物積層板のき裂進展挙動及び下限界特性の解明を目的に研究を行った。本年度は新たに母材樹脂中への水溶液溶質の拡散現象を考慮した。拡散モデルを構築し、構成基材に依存しない統一的な破壊機構の提案を試みた。 応力腐食割れ試験において、耐食性に優れたガラス繊維及び樹脂を構成基材としたCガラス/ビニルエステル積層板(C/VE)と従来のEガラス/エポキシ積層板(E/Epoxy)とを用い、き裂進展挙動及び下限界特性の環境依存性を明らかにした。E/Epoxy試験片では、塩酸温度上昇よりも塩酸濃度上昇の影響を大きく受けKⅠSCCが低下する。また、濃度上昇が直接関係する水素イオンの影響を顕著に受けているため、破壊機構は水素イオン拡散及びそれに伴う繊維腐食が支配的であると考えられた。一方、C/VE試験片において、塩酸環境下のき裂進展挙動は空気中よりは大きく促進されているが純水環境下と比較してもあまり大きな変化が見られない。すなわち、耐酸性の高いCガラスを用いた試験片においては、水素イオンの拡散による繊維の劣化よりも、水溶液(主に水)の拡散吸着によるき裂先端近傍の樹脂の吸水膨張等による繊維荷重分担率増加に伴う繊維破断による破壊が支配的である事が示唆された。 拡散現象について、母材中の水素イオン拡散がき裂進展に及ぼす影響を明らかにするため、ひずみエネルギ依存の拡散係数及び化学ポテンシャル勾配による拡散方程式を用いた2次元拡散シミュレーションを行った。その結果、外力の負荷により無負荷の時には見られない、き裂先方での高濃度領域が現れた。応力拡大係数の増大に伴いこの領域が顕著に拡大されることを確認し、この領域の拡大がき裂進展挙動に大きく影響を及ぼしていることがわかった。

酸応力環境下におけるGFRP織物積層板の下限界特性

2001年度

研究成果概要: 横方向繊維の一方向材(90°材)を供試材として応力腐食割れ試験を行った.その結果,クロス材と同様にda/dt-KI線図は低応力拡大係数域と定常き裂進展域に分類され,下限界値の存在も確認された.また,低応力拡大係数域においてはKI... 横方向繊維の一方向材(90°材)を供試材として応力腐食割れ試験を行った.その結果,クロス材と同様にda/dt-KI線図は低応力拡大係数域と定常き裂進展域に分類され,下限界値の存在も確認された.また,低応力拡大係数域においてはKI値の変動幅が大きく,き裂成長に伴いKI値が上昇していることがわかった.一般に,一方向材で繊維方向に沿い開口型き裂が進展する場合,繊維の架橋現象により閉口応力が作用するとされている.KI値上昇はこの架橋繊維の本数増加が原因であると考えられる.さらに水環境,大気中で試験を行った試験片破面を観察したところ,水環境では大気中に比べ繊維の露出率が高く架橋繊維が形成されやすい状況であり,特に水環境の低応力拡大係数域においては界面先行型の破壊形態であることがわかった.また,架橋繊維を円柱両端固定はりと仮定し算出した閉口応力を用いFEM解析により,各環境下におけるき裂成長に伴うき裂進展抵抗の上昇を再現した. また,微視的観点から劣化メカニズムを評価するため,純水中に浸漬させた単繊維モデル試験片を用いたフラグメンテーション試験を行った.界面はく離,クリープの影響に着目し,これらが繊維強度・界面強度に及ぼす影響について調査し,これらの強度評価モデルについてより厳密な考察を行った.浸漬に伴う試験片の物性変化の影響を正確に評価するため,吸水膨張ひずみ,クリープひずみによるプリテンション応力を算出し,繊維強度に対して評価の補正を行った結果,強度低下の負荷応力依存性は無いことが明らかとなった.また,フラグメント過程で発生する界面はく離を考慮したモデルにより界面せん断応力の分布を検討した結果,界面はく離は界面強度に大きく影響を及ぼすことが明らかとなり,最大界面せん断応力ではなく系全体のエネルギバランスモデルを用いた界面強度の評価方法の有効性を示した.

酸応力環境下におけるGFRP積層板の長期耐久性評価

2004年度

研究成果概要: 応力腐食環境におけるガラス繊維強化プラスチック(GFRP)の長期信頼性評価を目的として,水環境下において材料の吸水により生じるGFRP構成機材の機械的劣化とその劣化によるき裂進展抵抗の変化の関係について調査を行った.き裂進展抵抗... 応力腐食環境におけるガラス繊維強化プラスチック(GFRP)の長期信頼性評価を目的として,水環境下において材料の吸水により生じるGFRP構成機材の機械的劣化とその劣化によるき裂進展抵抗の変化の関係について調査を行った.き裂進展抵抗としては,繊維架橋による高じん化機構における界面劣化の影響を実験的に調査するため,エポキシ樹脂にECRガラス繊維束を2つ埋蔵し試験片とし,吸水による重量変化率の増加による見かけの破壊じん性値の変化を求めた. 見かけの破壊じん性値は繊維がき裂面間で架橋することによって増加する.実験において得られる高じん化への寄与分の決定には,試験片の吸水による重量増加率が同一となる母材樹脂単体の破壊じん性値と見かけの破壊じん性値の差をとり,母材吸水率と高じん化分の関係を求めた.この高じん化への寄与分は母材の吸水初期状態では増加するが,極値をとり減少を示した.この高じん化分と吸水状態の関係を,繊維束埋蔵位置における水分量の時間変化を用いて評価した.水分量の変化はフィックの第二拡散則に基づいて有限要素解析により求めた.得られた水分量の時間変化と高じん化分の時間変化を比較すると,繊維束部の水分量の増加が開始する時間において,高じん化への寄与は極値をとることが明らかとなった.その時間以後は水分量の増加に従って高じん化分は減少を続けるが,繊維束部における水分量が飽和に至ることで高じん化分の減少も終了し,一定値を示すと考えられる. 構造材料においては使用される環境への露出時間や環境の状態により,内部における水分量は分布を示すと考えられる.本実験で得られた水分量と高じん化機構の関係は,このような構造におけるき裂進展抵抗を考慮する上で重要である.水分量が飽和することで一定値をとることは,水分の影響を強く受ける環境における長期使用において材料の信頼性を確立することが期待される.

炭素繊維強化複合材料の疲労に対する長期信頼性評価

2006年度

研究成果概要: 本研究では,炭素繊維強化プラスチック(CFRP)積層板の超長疲労特性について調査を行った.一般に,CFRP積層板の疲労損傷挙動は次のような3過程を経て破断に至る.(I)層内樹脂割れと呼ばれる微小クラックが積層板内部に多数発生する... 本研究では,炭素繊維強化プラスチック(CFRP)積層板の超長疲労特性について調査を行った.一般に,CFRP積層板の疲労損傷挙動は次のような3過程を経て破断に至る.(I)層内樹脂割れと呼ばれる微小クラックが積層板内部に多数発生する.(II)層内樹脂割れを起点として層間剥離が発生し,繰返し数が増すとともに進展する.(III)強化繊維が破断することによって試験片の破断に至る.層間剥離の発生は,積層板の圧縮強度を大幅に低下させる原因となる.そこで本研究では,超長寿命域におけるCFRP積層板の層内樹脂割れを起点とした層間剥離の発生挙動について調査を行うことを目的とした. 初期損傷の影響を考慮した層間剥離の発生,進展挙動を調査するために,疲労試験前に予め層内樹脂割れを任意に生じさせた試験片と未損傷状態の試験片の2種類を用意した.その2種類の試験片を用いて繰返し数108回を超える疲労試験を行った.その結果,負荷応力レベルmax/b=0.4~0.6の範囲内では,初期損傷の有無に関わらず,層間剥離は層内樹脂割れが多数集中する箇所から発生が観察され,層内樹脂割れが疎な箇所からの層間剥離の発生は観察されなかった.この負荷応力レベルの範囲内では初期損傷として与えた層内樹脂割れが少数である場合は,層間剥離の発生には大きな影響を及ぼさないことが分かった.負荷応力レベルmax/b=0.3で行った疲労試験では,層内樹脂割れに先行して層間剥離が発生,進展することが観察された.この原因として,試験片端部のエッジ効果と呼ばれる応力特異場の影響が大きく関与していることが考えられる.この現象は従来の疲労損傷挙動とは異なる結果である.CFRP積層板の疲労に対する設計は層内樹脂割れが発生しないような応力レベルで設計されているが,超長寿命域側では層内樹脂割れが発生しなくとも層間剥離が発生する可能性があり,従来の設計基準では危険となる可能性が示唆された.一方,負荷応力レベルmax/b=0.2で行った疲労試験では繰返し数2×108回を超えても層内樹脂割れ及び層間剥離の発生及び進展は観察されなかった. 以上まとめると,超長寿命域のCFRP積層板の疲労特性を調査した結果,初期損傷として存在する層内樹脂割れが少数であれば,層間剥離の発生には影響を及ぼさないことが分かった.しかしながら,低応力レベルの超長疲労域においては,層内樹脂割に先行し,層間剥離が生じることが明らかとなり,従来のなされている層内樹脂割れの発生を基準とした設計ではなく,層間剥離の発生を基準とした設計を行わねばならないことが示唆された.

現在担当している科目

科目名開講学部・研究科開講年度学期
機械科学と航空宇宙技術 15前再基幹理工学部2019春学期
機械科学と航空宇宙技術 15前再 【前年度成績S評価者用】基幹理工学部2019春学期
材料の力学1基幹理工学部2019春学期
材料の力学1  【前年度成績S評価者用】基幹理工学部2019春学期
材料の力学2基幹理工学部2019秋学期
材料の力学2  【前年度成績S評価者用】基幹理工学部2019秋学期
機械科学・航空実験1基幹理工学部2019春学期
機械科学・航空実験1  【前年度成績S評価者用】基幹理工学部2019春学期
機械科学・航空実験2基幹理工学部2019秋学期
機械科学・航空実験2  【前年度成績S評価者用】基幹理工学部2019秋学期
ゼミナール 15前再基幹理工学部2019通年
ゼミナール 15前再  【前年度成績S評価者用】基幹理工学部2019通年
卒業論文基幹理工学部2019通年
卒業論文  【前年度成績S評価者用】基幹理工学部2019通年
航空材料学基幹理工学部2019秋学期
弾性力学基幹理工学部2019春学期
破壊力学基幹理工学部2019秋学期
航空構造力学基幹理工学部2019秋学期
Strength of Materials A基幹理工学部2019秋クォーター
Strength of Materials B基幹理工学部2019冬クォーター
修士論文(機械科学)大学院基幹理工学研究科2019通年
複合材料工学研究大学院基幹理工学研究科2019通年
材料強度学研究大学院基幹理工学研究科2019通年
複合材料工学特論大学院基幹理工学研究科2019春学期
複合材料工学特論大学院基幹理工学研究科2019春学期
複合材料工学演習A大学院基幹理工学研究科2019春学期
複合材料工学演習B大学院基幹理工学研究科2019秋学期
複合材料工学演習C大学院基幹理工学研究科2019春学期
複合材料工学演習D大学院基幹理工学研究科2019秋学期
複合材料工学研究大学院基幹理工学研究科2019通年
材料強度学研究大学院基幹理工学研究科2019通年
材料の数理モデリング特論A大学院基幹理工学研究科2019春クォーター
材料の数理モデリング特論B大学院基幹理工学研究科2019夏クォーター
複合材料工学演習A大学院基幹理工学研究科2019春学期
複合材料工学演習B大学院基幹理工学研究科2019秋学期
複合材料工学演習C大学院基幹理工学研究科2019春学期
複合材料工学演習D大学院基幹理工学研究科2019秋学期
複合材料工学研究大学院基幹理工学研究科2019通年
機械科学演習A 大学院基幹理工学研究科2019春学期
機械科学演習B 大学院基幹理工学研究科2019秋学期
複合材料工学研究大学院基幹理工学研究科2019通年
材料強度学研究大学院基幹理工学研究科2019通年