Bending failure assessment of C/C composite by competing risk theory

競合リスク理論によるC/Cコンポジットの曲げ破壊の評価

石原 正博 ; 小嶋 崇夫; 星屋 泰二

Ishihara, Masahiro; Kojima, Takao; Hoshiya, Taiji

2次元織りの炭素繊維強化炭素マトリックス複合材料(C/Cコンポジット)について、曲げ破壊特性を実験及び解析的に検討した。実験では、C/Cコンポジットの基本的な破壊様式を明らかとするために、曲げ試験及び試験後の破面観察を行った。破面観察の結果、引張り破壊様式,圧縮破壊様式及びせん断破壊様式の3種類の基本的な破壊様式が認められた。そこで、これら基本的な破壊様式が競合して強度が発現されるとした競合リスク理論を用いて曲げ破壊の解析的検討を行った。競合リスク理論に用いるパラメータは別途実施した実験により定め、曲げ強度の予測を試みた。その結果、曲げ強度が競合リスク理論により良く予測できることが明らかとなり、本理論により、より一般的な応力勾配下の強度予測が可能であることがわかった。さらに、本理論と有限要素法とを組み合わせることにより、任意形状をした構造体の強度予測を可能とする予測モデルの提案を行った。

Bending failure of two-dimensional C/C composite was studied by both experimental and analytical approaches. In the experiment, a bending test and observation of failure surfaces were performed. From the surface observation, three kinds of fundamental fracture modes were observed; these were tensile, compressive and shear fracture modes. In the analysis, the risk-based statistical fracture theory, so-called the competing risk theory was applied to clarify the bending failure taking account of the competition of these fracture modes. Parameters used in the theory on these fundamental fracture modes were determined by additional experiments, and the theory was applied to the bending failure prediction. As a result of this study, it is concluded that the bending failure was well predicted by the theory, and that the theory would be possible to predict the strength under stress gradient condition. Furthermore, a new strength prediction method combined with FEM code, which is applicable to arbitrary shaped structures with stress gradient, was proposed in this paper.