損傷メカニズムを把握し繊維強化樹脂の強度を向上させたい

課題 CFRPの損傷メカニズムの可視化が難しい

強度を向上させるには損傷メカニズムを捉えて材料開発や製品設計にフィードバックする必要があるが、CFRPの損傷メカニズムの可視化が困難である。

X線タルボ・ロー撮影のメリット 造影剤なしで損傷過程を可視化し迅速なフィードバックが可能

X線タルボ・ロー撮影により、造影剤なしでクラックの可視化ができます。引張試験機と組み合わせてIn-situ評価を行うことで、クラックが発生する損傷過程を可視化して、材料開発や製品設計への迅速なフィードバックを可能とします。

通常のX線画像(吸収画像)
タルボ・ロー装置の画像(小角散乱画像)

造影剤なしだと通常のX線画像ではほとんど見えないトランスバースクラック(下図参照)を、タルボー・ロー装置の小角散乱画像よって、可視化(見える化)することができます。
(撮影に用いたサンプルは東京大学工学部 航空宇宙工学科 青木・横関研様からご提供頂いたものです)

トランスバースクラックの模式図

導入効果 材料開発・製品設計へ迅速にフィードバックし、強度や長期信頼性の向上に貢献

タルボ・ロー装置と小型引張試験機を組み合わせて、引っ張りながらタルボ・ロー撮影を行うIn-situ撮影を行いました。
その結果、約2500Nの荷重で最初のトランスバースクラックが発生し、その後荷重を増やすにしたがって、クラックが次々に増加している様子を造影剤なしで可視化できていることがわかります。
このことよりトランスバースクラックが応力とともに増えている様子が一連のIn-situ撮影によって短時間かつ大面積で捉えることができます(わかる化)。
(撮影に用いたサンプルは東京大学工学部 航空宇宙工学科 青木・横関研様からご提供頂いたものです)

この結果を材料開発にフィードバックすることで、より高強度のCFRPの開発につなげたり、製品設計にフィードバックすることで、損傷許容設計の精度が向上し長期耐久性の確立につなげられるなど、様々な場面で貢献できると期待されます(できる化)。

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