芳綸繊維複合材料の界面力学設計

複合材料は海外の軍用機、民生機に広く使われています。例えば、EF 2000の複合材料は40%を占めています。B 787の応用の複合材料は50%まで占めています。複合材料は航空宇宙構造の未来であり、未来の航空宇宙動力システムの重要な材料でもあり、航空宇宙兵器装備の先進性の標識の一つであると言えます。繊維は先進的な複合材料として、ガラス繊維複合材料よりも優れた性能を持っています。飛行機、ロケット、衛星、宇宙船などの航空宇宙飛行機に使われる理想的な材料です。

しかし、現在のところ、芳香族繊維複合繊維の研究には、繊維・基体界面相の設計の欠如、効果的な実験特性評価方法の欠如など、硬化応力の監視、繊維ビームの欠け、母体の亀裂に対する抵抗機構の研究、効果的な実験特性の欠如、三次元編み複合材料の疲労性能の分析が少ない。

これに基づいて、主に3つの側面の研究実験を行います。1.繊維‐マトリックス勾配界面設計、繊維複合材料には、繊維と基体の間に遷移領域があり、通常は界面相と呼ばれ、界面相は勾配分布として設計でき、2つの材料の弾性定数、熱力学定数の不整合による界面応力を解決します。動径勾配に沿った弾性係数分布のファイバ／基体界面相を提案し，異なる勾配形ファイバ／基体勾配界面の熱的結合Navier方程式を確立し，界面相の厚さを相関最適化解析した。

2.繊維複合材料の界面硬化変形実験とシミュレーションにより、硬化中の樹脂の応力勾配発展をDGS法により試験的に測定し、硬化応力に対する繊維ビームの効果を解析した。

3.基体クラック―繊維相互作用焦点線分析Esheby等価混成理論に基づいて、繊維の近くのクラック先端応力場を得て、繊維の近くのクラックの焦点発散線制御方程式を導出し、繊維ビームの弾性定数、繊維ビームの太さ、クラック先端距離の集束線への繊維ビームの影響を解析し、静動的焦点分散線試験により理論的導出結果を検証した。

全体として，この研究は繊維複合材料における繊維‐マトリックス勾配界面相の熱結合負荷における損傷と疲労などの力学的問題の理論的解と試験検証である；繊維複合材料の固化成形中の樹脂の浸潤過程，繊維と樹脂の相互作用，及び織物複合材料の硬化応力と変形の試験特性評価である；マトリックスクラック‐繊維ビームの疲労負荷下の相互作用，繊維のマトリックス疲労クラックの拡張に対する抵抗及び疲労寿命に対する効果。