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公開番号2025129083
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-04
出願番号2024026058
出願日2024-02-23
発明の名称複合材料の疲労寿命予測方法
出願人株式会社豊田中央研究所,トヨタ自動車株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類G01N 3/32 20060101AFI20250828BHJP(測定;試験)
要約【課題】複数方向から繰返し負荷を受ける繊維強化複合材料の疲労寿命を精度良く予測する方法を提供する。
【解決手段】本発明は、母材中に配向された強化繊維を含み、異なる複数方向から負荷を受ける複合材料の疲労寿命を予測する方法である。疲労寿命(Nf)は、複合材料中における損傷発生時までの発生寿命(Ni)と、損傷発生時から複合材料の破断時までの進展寿命(Np)との和(Nf=Ni+Np)として予測される。損傷発生時は、負荷の繰返しにより生じる複合材料の剛性変化から求まる損傷度(D)に基づいて特定される。発生寿命は、少なくとも負荷と複合材料の物性を説明変数とした回帰分析により定まる発生寿命予測式で表わされる。進展寿命は、少なくとも負荷と損傷度を説明変数とした回帰分析により定まる進展寿命予測式で表わされる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
母材中に配向された強化繊維を含み、異なる複数方向から負荷を受ける複合材料の疲労寿命を予測する方法であって、
該疲労寿命（Ｎｆ）は、該複合材料中における損傷発生時までの発生寿命（Ｎｉ）と、該損傷発生時から該複合材料の破断時までの進展寿命（Ｎｐ）との和（Ｎｆ＝Ｎｉ＋Ｎｐ）として予測され、
該損傷発生時は、該負荷の繰返しにより生じる該複合材料の剛性変化から求まる損傷度（Ｄ）に基づいて特定され、
該発生寿命は、少なくとも該負荷と該複合材料の物性を説明変数とした回帰分析により定まる発生寿命予測式で表わされ、
該進展寿命は、少なくとも該負荷と該損傷度を説明変数とした回帰分析により定まる進展寿命予測式で表わされる複合材料の疲労寿命予測方法。
続きを表示（約 570 文字）【請求項２】
前記複合材料の物性は、少なくとも、前記母材の疲労強度と、該母材と前記強化繊維の界面における疲労強度とを含む請求項１に記載の複合材料の疲労寿命予測方法。
【請求項３】
前記界面における疲労強度は、前記強化繊維の配向方向に直交する方向の疲労強度である請求項２に記載の複合材料の疲労寿命予測方法。
【請求項４】
前記発生寿命予測式は、初期欠陥により生じ得る応力集中を考慮して前記負荷が補正される請求項１に記載の複合材料の疲労寿命予測方法。
【請求項５】
前記進展寿命予測式は、前記複合材料中における損傷の進展が停滞するときの損傷度（Ｄａ）を考慮している請求項１に記載の複合材料の疲労寿命予測方法。
【請求項６】
前記複合材料は、前記強化繊維の配向方向が異なる層が積層されてなり、
前記負荷は、該層間に作用する剪断応力を含む請求項１に記載の複合材料の疲労寿命予測方法。
【請求項７】
前記疲労寿命（Ｎｆ）は、２軸引張疲労寿命である請求項１に記載の複合材料の疲労寿命予測方法。
【請求項８】
前記母材は、樹脂であり、
前記強化繊維は、連続繊維である請求項１～７のいずれかに記載の複合材料の疲労寿命予測方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化複合材料の疲労寿命を予測する方法等に関する。
続きを表示（約 1,200 文字）【背景技術】
【０００２】
樹脂などの母材（マトリックス）中に強化繊維（炭素繊維、ガラス繊維等）を含む複合材料は、軽量・高強度で比強度に優れ、成形性・加工性も良好なため、種々の分野で多様な製品に利用されている。
【０００３】
複合材料の用途拡大には、引張強さ、伸び等の一般的な機械的性質に加えて、疲労寿命（疲労強度）の把握も重要である。もっとも、長時間を要する疲労試験を、様々な条件下で実施するには限度がある。そこで、複合材料の疲労寿命を、比較的簡便に予測（推定）できる方法が求められており、これに関連する記載が下記の非特許文献１にある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
「４層積層を考慮した織物繊維強化複合材料積層板の疲労寿命推定に関する研究」（阪大院・藤本ら、スマートプロセス学会誌、Vol.11、No.3（2022）、pp.141～146）
【特許文献】
【０００５】
特許第４５８１７５８号
特許第６５８２７５３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１は、一方向繊維強化樹脂（ＵＤ－ＦＰＲ）であるガラス繊維織物強化エポキシ樹脂積層板について、一軸負荷を受けるときの疲労寿命（疲労強度）を予測している。もっとも、その文献に掲載されているＳ－Ｎ線図からわかるように、ＦＥＭ解析や複雑な破壊則・損傷則等を駆使して予測しているにも拘わらず、その誤差範囲は最大５０％もあり、予測精度が低い。
【０００７】
一般的に複合材料は、強化繊維の配向方向とそれに交差（直交）する方向で、機械的性質が異なる異方性材料である。また、層状の複合材料が交互に積層（例えば直交積層）されて形成された部材には、他方から負荷が作用することも多い。このため、非特許文献１のような一軸負荷時の疲労寿命予測は、実情に沿ったものではない。
【０００８】
なお、特許文献１や特許文献２にも疲労寿命の予測方法に関する記載があるが、繊維強化複合材料を対象としたものではなく、これに関連する記載や示唆もそれら特許文献にはない。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みて為されたものであり、繊維強化複合材料の疲労寿命を予測する新たな方法等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は鋭意研究した結果、複数方向から負荷を受ける繊維強化複合材料の剛性変化（損傷度）に着目することにより、その疲労寿命を発生寿命と進展寿命の和として予測できることを新たに見出した。この成果を発展させることにより、以降に述べる本発明を完成するに至った。
（【００１１】以降は省略されています）

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