Ⅸ复合材料-mekyoto-uacjp.DOC

Ⅸ　複合材料 テキスト「改訂機械材料学」P.338 2種類以上の異なる材料を組み合わせて,それぞれの長所を生かし短所を補って，単一材料では得られない優れた特性を持たせた材料 無機質，高分子，金属，強ぜい材料＋弱じん材料 →強じん材料＋軽量性 設計できる材料　　Tailored material Ⅸ　複合材料 繊維強化高分子基複合材料：FRP（Fiber Reinforced Plastics) GFRP（Glass Fiber Reinforced Plastics)：ガラス繊維強化プラスチックス CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)：炭素繊維強化プラスチックス ArFRP(Aramid Fiber Reinforced Plastics)：アラミド繊維強化プラスチックス ACM(Advanced Composite Materials)：先進複合材料 母材の違いにより PMC（Polymer Matrix Composites)：高分子基複合材料 MMC(Metal Matrix Composites)：金属基複合材料 CMC(Ceramic Matrix Composites)：セラミックス基複合材料 図6.1　繊維強化複合材料の構成 どこに利用されているか 複合則 a. 弾性係数 直列 応力は同じ：σ=σ1=σ2 全体のひずみは加算：ε=V1ε1+V2ε2 ε = σ/E，ε1 = σ1/E1，ε2 = σ2/E2 　　σ/E=V1(σ1/E1)+V2(σ2/E2) 　1/E=V1/E1 + V2/E2 並列 応力は加算：σ=V1σ1+V2σ2 ひずみは等しい：ε=ε1 = ε2 ε = σ/E，ε1 = σ1/E1，ε2 = σ2/E2 E=σ/ε=(V1σ1+V2σ2)/ ε = V1E1+V2E2 複合則 (i)粒子分散強化複合材料 図6.3(b)の場合 λ1+λ2=1 , φ1+φ2=1， λ1 φ1 =V1 , λ1 φ2 +λ2 =V2 E= λ1 (φ1 /E1 + φ2 /E2 )-1+ λ2 E2 図6.3(c)の場合 f1+f2=1 , φ1+φ2=1， f1 φ1 =V1 , f2 +f1 φ2 =V2 E= ( f1/(φ1E1+φ2E2) + f2/E2 )-1 2つの場合で，大きな差は生じない． 複合則 (i)粒子分散強化複合材料 軟質1, 硬質2 　　 V1小 E≒E2 0.3＜V1＜0.7　 E増大 繊維強化複合材料の弾性係数 (ii)繊維強化複合材料の弾性係数 直交異方材 繊維方向：L方向（longitudinal direction) 繊維直角方向： T方向（Transverse direction) 直列 1/E=V1/E1 + V2/E2 並列 E= V1E1+V2E2 直列 1/ET=Vf/Ef + Vm/Em 並列 EL= VfEf+VmEm ポアソン比が繊維とマトリックスで同じなら成立． 実際にはあくまで近似式 繊維強化複合材料の弾性係数 (ii)繊維強化複合材料の弾性係数 直交異方材 繊維方向：L方向（longitudinal direction) 繊維直角方向： T方向（Transverse direction) 直列 1/ET=Vf/Ef + Vm/Em ET： Vfとともに直線的に増大 並列 EL= VfEf+VmEm EL： Vf=0.6でも2倍程度 弾性係数の異方性 (ii)繊維強化複合材料の弾性係数 直交異方性材 弾性範囲内でのひずみは εL=σL/EL-νTL(σT/ET) εT=σT/ET-νLT(σL/EL) γLT=τLT/GLT 異方性の主軸に関する各応力とひずみ σL=σθcos2θ σT=σθsin2θ τLT=σθcosθsinθ εθ = εL cos2θ + εT sin2θ + γLTcosθsinθ 1/Eθ=εθ/σ=cos4θ/EL+sin4θ/ET+cos2θsin2θ(1/GLT-2νLT/EL) 一方向強化材 EL=Efβ+Em(1-β) b. 強度 (i)粒子分散強化材の強度 微粒子：転位のピン止め，固溶体，析出硬化 大きい粒子，介在物：応力集中，害 マトリックスがぜい性：単体よりも強度低下に注意 b. 強度 (ii)連続繊維強化複合材料の強度 繊維直角方向：界面，弱化 繊維方向：強化 一方向強化材，繊維とマトリックスが一体として変形 繊維，マトリックスおよび複合材の応力?ひずみ関係（図6.7） σB=σBVf+σ*m(1-Vf) ：複合材料の強度の複合則：図6.8 強度とVfの関係（図6.9） b. 強度 (