1.研究の背景

WSRS 織りスペーサー構造強化サンドイッチ複合材は、エネルギー吸収性、軽量性、高い剥離耐性などの特性により、航空、輸送、建設のショックアブソーバーに広く使用されています。

WSRS サンドイッチ構造は複雑であり、機械的荷重下での縦方向 (WSRS-WA) と横方向 (WSRS-WE) の荷重支持能力と破損プロセスを特性評価するための効果的な方法が不足しています。

2.研究概要

HBKU 繊維・衣料技術イノベーションセンターの研究者は、アコースティックエミッション (AE) 技術を使用して、さまざまな高さの仕様の WSRS の機械的負荷下での損傷によって解放されるひずみエネルギーを捕捉し (詳細については 3.1 を参照)、デジタル画像相関 (DIC) 技術を使用して、損傷領域の損傷パターンと、表面層、コアパイル、およびフォーム材料の相乗効果の画像をリアルタイムで観察し、機械的特性、AE 信号のパラメーター、およびひずみグラフを分析して、曲げ負荷時の損傷メカニズムを検証する研究を行いました。

3. 研究材料と機器

3.1 実験標準試料として使用する、サイズと機械的特性が異なる 6 つの WSRS を準備します。

3.2 アコースティックエミッション（AE）検出装置、40 dB 増幅器、損傷分析および WSRS 故障メカニズムの判定のために 6 つの AE 信号をキャプチャする 2 つの RS-2A トランスデューサ。

3.3 デジタル画像相関（DIC）ひずみ場測定装置は、試験片のWA、WE方向の全フィールドひずみを捕捉し、WSRSの動的損傷プロセスを復元し、曲げ応答メカニズムを研究します。

3.4 万能材料強度試験機、WSRS の 3 点曲げ試験、試験規格は ISO 1209-1-2007(E) を参照。

3.5 走査型電子顕微鏡、WSRS の最終的な破損を分析し、AE 信号分析とデジタル画像相関 (DIC) ひずみ分析の結論を確認します。

4.デジタル画像相関（DIC）研究の検証

6 つの WSRS の中央領域 (図 2 を参照) が DIC 解析用に選択され、コアとフォーム間の局所的なひずみ変化が取得されました。また、ラグランジュ マイクロひずみを使用して WSRS をリアルタイムで監視し、時間の経過に伴う 6 つの WSRS の平均マイクロひずみの傾向を比較しました (図 3 を参照)。

比較すると、WSRS-2とWSRS-4は同じひずみ軌跡を示しており、圧縮ひずみが引張ひずみより大きいことを示していますが、マイクロひずみはWSRS-4よりも急激であり、WSRS-2の方がせん断損傷をより多く生成することを示唆しています。WSRS-6の損傷メカニズムは明らかではなく、安定した荷重状態と平均マイクロひずみの線形変化があり、WSRS-6-WAの子午線方向のひずみとWSRS-6-WEの緯度方向のひずみの傾向が異なり、WAの縦方向の平均マイクロひずみはWSRS-4と同じ圧縮ひずみを示しています。緯度方向には明らかな引張ひずみが見られます。

6 つの WSRS の荷重時のひずみ傾向をさらに観察するために、20 秒をノードとして使用して、6 つの異なる時点における破損モードを特徴付けるひずみマップが選択されました。青い領域は圧縮ひずみを示し、赤い領域はマイクロひずみ値のリアルタイムの変化によって生じた引張ひずみを示しています。図 4 と 5 は、フォームの圧縮中に主な破損体であるコア層が失われていることを示しています。

WSRS-WA（図4）によると、圧縮によって上層が移動すると、コア層は主に引張ひずみの影響を受けます。高さが増すにつれて、ひずみグラフは異なる傾向を示します。60秒以内に、WSRS-2-WAのコア層は応力に耐えるほど強くないため、圧縮ひずみが下層に移動し、圧縮ひずみがコア層全体を貫通します。120秒後、WSRS-2-WAの内層が損傷したように見え、コア層で界面剥離が発生します。WSRS-4-WAでは80秒で圧縮ひずみが現れ、蝶のように広がります。

WSRS-6-WA は 100 秒で圧縮ひずみを示しており、高さ要因により下層が引張効果の影響を弱く受け、圧縮ひずみの伝達が遅れていることを示しています。図 5 は、WSRS-2-WE と WSRS-4-WE が WSRS-2-WA および WSRS-4-WA と同じひずみ傾向を示していることを示していますが、いずれも後者よりも早く、WSRS-2-WE では 40 秒で、WSRS-4-WE では 80 秒で圧縮ひずみが現れており、WSRS-WE の全体的な破壊が WSRS-WA よりも早いことを示しています。80 秒後、上層は中央で断片化され、下層は伸びてひずみ図に欠けているように見えます。同時に、WSRS-6-WE ではコアパイルの分離も見られました (図 5)。

WSRS-2、WSRS-4、WSRS-6-WAとは異なり、WSRS-6-WEは両側に引張ひずみがあり、これはフォーム材料の連結効果とコアパイルの伝達効果により曲げ強度が増加するためです。

5. 研究の結論

アコースティックエミッション (AE) 技術とデジタル画像相関 (DIC) 法の組み合わせにより、織りスペーサー構造強化サンドイッチ複合材 (WSRS) の動的損傷プロセスと曲げ応答が明らかになりました。

結果によると、WSRS-WE の全体的な圧縮ひずみは WSRS-WA よりも早く、破壊領域がより顕著であり、これは WSRS-WE のコアパイル構造の相乗効果が WSRS-WA よりも優れていることを示しています。曲げ応力を受けると、WSRS は横方向の荷重支持能力が縦方向のそれよりも高く、より優れた完全性と荷重支持能力を示します。