複合材T-jointデルトイド部の成形破壊時の挙動に関する研究

摘要

炭素繊維強化複合材料(CFRP)は軽量•高強度などの利点から，航空機の構造材料として広く用いられている.CFRPを構造材料として使用する際の課題として，T-jointなどの接合部材への適用が挙げられる.T-jointは2つのL型部材，スキン，及び隙間を埋めるデルトイドから構成されており(Fig.1)，面内荷重を直交する部材に伝達する重要な役割を担っている.T-jointでは成形時に生じる硬化収縮及び熱収縮応力によって，デルトイド部に亀裂が発生する事例が報告されている[1]. Figure2は成形亀裂の有無による引張荷重下の破壊様式の違いを示したものである.成形亀裂を有する試験片では成形亀裂を起点として破壊が進展しており，結果として強度が著しく低下していることが確認される(Fig. 3).先行研究では，T-jointの破壊解析に関する研究が盛hに行われており，繊維直交最大主応力やLaRC05など，様々な破壊指標が提案されている[2, 3].しかし，これらの破壊指標はいずれも力学的な負荷を対象としたもので，成形時の破壊に適用できるかは不明である.Figure 4は有限要素解析(FEA)による成形時の繊維直交最大主応力の解析結果及び実験で取得した実際の成形亀裂の顕微鏡写真を比較したものである.FEAにおける応力集中部と実際の破壊箇所が異なっており，成形時の破壊では機械荷重とは異なるメカニズムが存在することが示唆される.従って，製造時のデルトイド内部の応力-ひずみ状態を理解し，成形破壊メカニズムを解明することが早急に必要である.