{"title":"试样尺寸对玻璃短纤维增强酚醛树脂基复合材料强度性能的影响","authors":"Takahiko Sawada, H. Aoyama","doi":"10.2472/JSMS.62.640","DOIUrl":null,"url":null,"abstract":"1 緒 言 金属材料で構成された構造物を低コストで大幅に軽量 化するため,短繊維強化樹脂複合材料(Short Fiber Reinforced Plastic ; 以下,SFRPと記す)へ代替する手 段がある.SFRPは,母材樹脂の高性能化によって高い 強度特性が発現可能となってきている.そのため,過酷な 力学的環境下での使用や,一次構造部材への適用も可能 になりつつある.一般に,SFRPの破壊挙動は金属材料 と異なり,樹脂割れ,繊維破断や抜けが絡んだ複雑な挙 動を示す.また,SFRPは強度のばらつきが大きく,製 品の安全性を保証するため個別の要素試験や試作を繰返 し,信頼性を確認する必要がある.今後,SFRPを製品 へ展開するためには,信頼性の高い強度設計技術を確立 して試験や試作を低減することが急務である. 本研究は,耐熱性と機械的特性に優れ自動車用部品へ の展開が期待されているガラス短繊維強化フェノール樹 脂複合材料 1)(以下,G/P材)の強度設計技術の確立を 目的とする.これまで著者らが取り組んできたG/P材の 強度評価に関する研究 2), 3)の一部において,4点曲げ強 度が 2母数ワイブル分布に従うことを示した.3)これに関 連する研究としてHashemiら,4)Wangら 5)の報告があり, いずれも寸法の異なる SFRP材試験片の強度分布をワイ ブル分布 6)で整理し,その寸法効果について論じている. 以上から,SFRP材を適用した構造設計において,応力 分布から構造物に発生する最大応力を算出して材料強度 データと比較する決定論的評価ではなく,構造物の形状, 応力分布,およびワイブル係数から計算される有効体積 を用いた確率論的評価 6)を取り入れることにより,信頼 性の高い強度設計技術が構築できると考えられる. 本報告では,繊維含有量,形状,大きさ,および負荷 方式の異なる G/P材基本試験片を用いた強度試験を行 いワイブル係数を取得し,強度に及ぼす寸法効果につい て述べる.そして,構造体を模したG/P材試験体を用い て確率論的強度評価の有効性について論じる. 2 試験材料および試験方法 2・1 試験片材料 G/P材の組成を Table 1に示す.ガラス繊維は繊維長 6mm,繊維径 10μmのものを用いた.ガラス短繊維体積 含有率(以下,Vf)を 0%,20%,50%(以下,0.0Vf, 0.2Vf,0.5Vfと記す)の 3種類として,トランスファ法で 成形した.成形条件は,金型温度 140~ 160°C,プレス 圧力 20MPa,硬化時間 250secとした. ガラス短繊維強化フェノール樹脂複合材料の 強度特性に及ぼす試験片寸法の影響 澤 田 貴 彦 青 山 博 Effect of Specimen Size on the Strength Properties in Glass Short Fiber Reinforced Phenolic Resin Matrix Composite","PeriodicalId":17366,"journal":{"name":"journal of the Japan Society for Testing Materials","volume":null,"pages":null},"PeriodicalIF":0.0000,"publicationDate":"2013-01-01","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":"2","resultStr":"{\"title\":\"Effect of Specimen Size on the Strength Properties in Glass Short Fiber Reinforced Phenolic Resin Matrix Composite\",\"authors\":\"Takahiko Sawada, H. Aoyama\",\"doi\":\"10.2472/JSMS.62.640\",\"DOIUrl\":null,\"url\":null,\"abstract\":\"1 緒 言 金属材料で構成された構造物を低コストで大幅に軽量 化するため,短繊維強化樹脂複合材料(Short Fiber Reinforced Plastic ; 以下,SFRPと記す)へ代替する手 段がある.SFRPは,母材樹脂の高性能化によって高い 強度特性が発現可能となってきている.そのため,過酷な 力学的環境下での使用や,一次構造部材への適用も可能 になりつつある.一般に,SFRPの破壊挙動は金属材料 と異なり,樹脂割れ,繊維破断や抜けが絡んだ複雑な挙 動を示す.また,SFRPは強度のばらつきが大きく,製 品の安全性を保証するため個別の要素試験や試作を繰返 し,信頼性を確認する必要がある.今後,SFRPを製品 へ展開するためには,信頼性の高い強度設計技術を確立 して試験や試作を低減することが急務である. 本研究は,耐熱性と機械的特性に優れ自動車用部品へ の展開が期待されているガラス短繊維強化フェノール樹 脂複合材料 1)(以下,G/P材)の強度設計技術の確立を 目的とする.これまで著者らが取り組んできたG/P材の 強度評価に関する研究 2), 3)の一部において,4点曲げ強 度が 2母数ワイブル分布に従うことを示した.3)これに関 連する研究としてHashemiら,4)Wangら 5)の報告があり, いずれも寸法の異なる SFRP材試験片の強度分布をワイ ブル分布 6)で整理し,その寸法効果について論じている. 以上から,SFRP材を適用した構造設計において,応力 分布から構造物に発生する最大応力を算出して材料強度 データと比較する決定論的評価ではなく,構造物の形状, 応力分布,およびワイブル係数から計算される有効体積 を用いた確率論的評価 6)を取り入れることにより,信頼 性の高い強度設計技術が構築できると考えられる. 本報告では,繊維含有量,形状,大きさ,および負荷 方式の異なる G/P材基本試験片を用いた強度試験を行 いワイブル係数を取得し,強度に及ぼす寸法効果につい て述べる.そして,構造体を模したG/P材試験体を用い て確率論的強度評価の有効性について論じる. 2 試験材料および試験方法 2・1 試験片材料 G/P材の組成を Table 1に示す.ガラス繊維は繊維長 6mm,繊維径 10μmのものを用いた.ガラス短繊維体積 含有率(以下,Vf)を 0%,20%,50%(以下,0.0Vf, 0.2Vf,0.5Vfと記す)の 3種類として,トランスファ法で 成形した.成形条件は,金型温度 140~ 160°C,プレス 圧力 20MPa,硬化時間 250secとした. ガラス短繊維強化フェノール樹脂複合材料の 強度特性に及ぼす試験片寸法の影響 澤 田 貴 彦 青 山 博 Effect of Specimen Size on the Strength Properties in Glass Short Fiber Reinforced Phenolic Resin Matrix Composite\",\"PeriodicalId\":17366,\"journal\":{\"name\":\"journal of the Japan Society for Testing Materials\",\"volume\":null,\"pages\":null},\"PeriodicalIF\":0.0000,\"publicationDate\":\"2013-01-01\",\"publicationTypes\":\"Journal Article\",\"fieldsOfStudy\":null,\"isOpenAccess\":false,\"openAccessPdf\":\"\",\"citationCount\":\"2\",\"resultStr\":null,\"platform\":\"Semanticscholar\",\"paperid\":null,\"PeriodicalName\":\"journal of the Japan Society for Testing Materials\",\"FirstCategoryId\":\"1085\",\"ListUrlMain\":\"https://doi.org/10.2472/JSMS.62.640\",\"RegionNum\":0,\"RegionCategory\":null,\"ArticlePicture\":[],\"TitleCN\":null,\"AbstractTextCN\":null,\"PMCID\":null,\"EPubDate\":\"\",\"PubModel\":\"\",\"JCR\":\"\",\"JCRName\":\"\",\"Score\":null,\"Total\":0}","platform":"Semanticscholar","paperid":null,"PeriodicalName":"journal of the Japan Society for Testing Materials","FirstCategoryId":"1085","ListUrlMain":"https://doi.org/10.2472/JSMS.62.640","RegionNum":0,"RegionCategory":null,"ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":null,"EPubDate":"","PubModel":"","JCR":"","JCRName":"","Score":null,"Total":0}
引用次数: 2
摘要
1 .为了以低成本大幅轻量化由金属材料构成的构筑物，短纤维增强树脂复合材料(Short Fiber Reinforced Plastic;随着母材树脂的高性能的提高，SFRP的高强度特性逐渐显现出来。因此，SFRP既可在恶劣的力学环境下使用，也可应用于初级结构件。正在变成。一般来说，SFRP的破坏行为与金属材料不同，表现出树脂破碎、纤维断裂和脱落等复杂的活动。另外，SFRP的强度偏差较大，为了保证产品的安全性，需要反复进行个别要素试验和试制。有必要确认可靠性。今后为了在产品中推广SFRP，当务之急是确立可靠的强度设计技术，减少试验和试制。本研究确立了具有良好耐热性和机械特性，有望用于汽车零部件的玻璃短纤维强化酚树脂复合材料1)(以下简称G/P材料)的强度设计技术。作者一直致力于G/P材料强度评价的研究。在3)的一部分中，显示4点弯曲强度遵循2母数wiible分布。3)Hashemi等人，4)Wang等人，5)的报告与此相关，以上均以宽度分布6)整理了尺寸不同的SFRP材料试样的强度分布，并对其尺寸效果进行了论述。综上所述，在采用SFRP材料的结构设计中，根据应力分布计算出构筑物产生的最大应力，并与材料强度数据进行比较，而不是决定论的评价。通过采用应力分布以及使用根据wible系数计算出的有效体积的概率论评价6)，可以构建可靠的强度设计技术。本报告采用纤维含量、形状、大小及负荷方式不同的G/P材料基本试样进行强度试验，取得了wible系数，关于尺寸对强度产生的效果。叙述。然后，对使用模拟结构体的G/P材测试体进行概率论强度评估的有效性进行论述。2测试材料及测试方法2·1测试片材料G/P材的组成Table玻璃纤维采用了纤维长6mm，纤维直径10μm的纤维。玻璃短纤维体积含量(Vf)分别为0%，20%，50%(0.0Vf，记为0.2Vf、0.5Vf) 3种，采用转发法成型。成型条件为:模具温度140~ 160°C、冲压压力20mpa、固化时间250sec .试样尺寸对玻璃短纤维强化酚醛树脂复合材料强度特性的影响泽田贵彦青山博fect of Specimen Size on the Strength Properties in Glass短光纤Reinforced Phenolic Resinmatrix composite
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