CFRPの静的破壊観察/DIC解析を利用した超高速ひずみ分布可視化システム

CFRPの静的破壊観察
DIC解析を利用した超高速ひずみ分布可視化システム

■はじめに

近年,製品開発サイクルの短縮や試作コストの削減,部材の強度試験コスト低減のために,CAE解析(有限要素法)などを利用した構造体の損傷解析が製品設計に利用されています。今後は解析技術の浸透とともに,損傷解析の精度向上を目的として,実試験と解析結果との相関性について評価をおこなう必要が高まり,部材の破壊挙動や面内ひずみ分布の可視化といった,従来技術では計測が困難であった事象を評価するためのソリューション技術が強く求められるようになると考えられます。

  関連資料“CFRPの静的破壊観察(静的引張試験によるCFRP破断画像のDIC解析例のご紹介)”ダウンロードはこちら

■CFRPについて

炭素繊維を使用したCFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)などの繊維強化複合材料は,その卓越した強度と軽さを特長として,今や航空機材料として多用され,今後は軽量化を目的として自動車をはじめとしたあらゆる製品へ適用拡大されると考えられています。CFRPは損傷箇所を起点として破壊が進行し,最大試験力に達すると高速脆性破壊を示すことがわかっており,この破壊プロセスの詳細を明らかにすることは損傷解析モデルを構築する上で非常に重要です。

システムイメージ図

■試験例

 静的引張試験(高速サンプリング300kHz,試験速度5mm/min)

 
静的引張試験(高速サンプリング300kHz,試験速度5mm/min)

 静的破壊観察(撮影速度30万コマ/秒, 画像間隔3μs)

円孔近傍から発生したクラックが表面45度層に沿って進展している

円孔近傍から発生したクラックが表面45度層に沿って進展しています。

 DIC解析

ひずみ は45°方向だけでなく-45°方向にも集中していることが明らかに。

ひずみ は45°方向だけでなく-45°方向にも集中しています。

■システム概要

高速破壊観察システム

300kHzの試験力データをサンプリング
破壊時のデータは2000ポイント300kHzで保存可能

確実な破断検出が可能
破断検出をロードアンプで行い,高速度ビデオカメラにトリガー信号を伝送

高速度撮影により材料の破壊を明確に観察
高速度ビデオカメラHyperVisionとの同期が可能
高時間分解領域における観察により材料破壊プロセスの解明が可能

DIC解析システム

変位計測・面内ひずみ計測
高速度ビデオカメラの撮影データをもとに変位の計測やひずみの二次元マッピングが可能

非接触式
サンプルに影響をあたえずに計測可能

DIC: Digital Image Correlation(デジタル画像相関法)
物体表面のランダムパターンを物体変形前後で比較し,パターンの移動量を調べる手法
高温下における部材,大型構造物および顕微鏡下における微小部材のひずみ解析などにも利用可能

高速破壊観察システム:(独)宇宙航空研究開発機構 研究開発本部 複合材技術センターと共同開発

精密万能試験機 オートグラフ AG-Xplus

信頼性と操作性を追及し,高い制御測定性能を達成した精密万能試験機です。 試験機の大切な3 つのプロセス,「設定」「測定」「点検」についてハイレベルのパフォーマンスを発揮します。最新技術NET を使用したPC ソフトウェア「TRAPEZIUMX」を新たに開発し,使いやすさを追求しました。また,カラーTFT タッチパネルを追加することで,PC なしでの試験実行や,USB メモリ機能によりPC で作成した試験条件を直接設定,結果の取り出しが可能です。 床置形,卓上形から用途に合わせてお選びいただけます。

  • 容量
    卓上形 10kN ~ 50kN
    床置形 20kN ~ 300kN
  • クロスヘッド速度範囲
    卓上形 0.0005 ~ 3000mm/min
    床置形 0.0005 ~ 1000mm/min
    ※タイプによって異なります。

高速度ビデオカメラ

当社独自の高速CMOSイメージセンサ「FTCMOS」を搭載し,最高1,000万コマ/秒の超高速連続撮影を実現するとともに,記憶容量を増加させ,撮影枚数を最大256枚にアップしました。
さらに,500万コマ/秒までは最高解像度400×250ピクセルの動画撮影が行えるので,対象物の詳細な解析が可能になりました。

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