東北大学研究者紹介

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オカベ　トモナガ

岡部　朋永

Tomonaga Okabe

所属

大学院工学研究科　航空宇宙工学専攻　航空システム講座（材料・構造スマートシステム学分野）

職名

教授

学位

博士（工学）（慶應義塾大学）

researchmap

https://researchmap.jp/tomonagaokabe

J-GLOBAL ID

200901095779580155

経歴 5

2025年4月～継続中

東北大学副理事（産学連携担当）
2014年4月～継続中

東北大学大学院工学研究科教授
2020年12月～ 2025年3月

東北大学総長特別補佐・産学連携担当
2007年4月～

東北大学大学院工学研究科准教授
2002年9月～

東北大学大学院工学研究科助教授

学歴 3

慶応義塾大学大学院　理工学研究科　後期博士課程

1998年4月～ 1999年9月
慶応義塾大学大学院　理工学研究科　前期博士課程

1996年4月～ 1998年3月
慶応義塾大学　理工学部　機械工学科

1992年4月～ 1996年3月

委員歴 44

日本航空宇宙学会　フェロー

2021年4月～継続中
NEDO　経済安全保障重要技術育成プログラムプログラム・オフィサー（PO）

2023年1月～ 2026年3月
環境再生保全機構　プロジェクトマネージャー

2022年7月～ 2026年3月
科学技術振興機構　CREST領域アドバイザー

2022年5月～ 2026年3月
NEDO　次世代複合材創製・成形技術開発プロジェクトリーダー（PL）

2020年8月～ 2026年3月
経済産業省　産業構造審議会臨時委員

2023年9月～ 2025年8月
日本複合材料学会　代議員

2021年～ 2022年
NEDO　技術委員

2019年11月～ 2021年3月
日本複合材料学会　代議員

2019年～ 2020年
日本学術振興会　国際科学研究費委員会専門委員

2019年6月～ 2019年11月
日本学術振興会　科学研究費委員会専門委員

2018年12月～ 2019年11月
日本複合材料学会　理事

2017年6月～ 2019年5月
日本複合材料学会東北・北海道支部　支部長

2017年4月～ 2019年3月
NEDO　技術委員

2017年4月～ 2019年3月
防衛装備庁　機体構造軽量化技術の研究に関する外部評価委員会委員

2016年11月～ 2018年11月
日本航空宇宙学会　北部支部支部長

2017年3月～ 2018年2月
日本複合材料学会　理事

2015年6月～ 2017年5月
日本複合材料学会　支部長支部評議員

2014年4月～ 2016年3月
日本複合材料学会東北・北海道支部　支部監事、支部評議員

2012年4月～ 2014年3月
日本機械学会材料力学部門　総務委員会委員

2012年4月～ 2013年3月
日本機械学会　材料力学部門運営委員

2012年4月～ 2013年3月
日本機械学会　材料力学部門トピックス委員会委員

2012年4月～ 2013年3月
日本機械学会　材料力学部門第2技術委員会幹事

2012年4月～ 2013年3月
日本機械学会　出版センター委員

2012年4月～ 2013年3月
日本航空宇宙学会構造部門委員会　委員

2012年4月～ 2013年3月
日本機械学会材料力学部門　総務委員会委員

2012年4月～ 2013年3月
日本機械学会　材料力学部門運営委員

2012年4月～ 2013年3月
日本機械学会　材料力学部門トピックス委員会委員

2012年4月～ 2013年3月
日本機械学会　材料力学部門第2技術委員会幹事

2012年4月～ 2013年3月
日本機械学会　出版センター委員

2012年4月～ 2013年3月
日本航空宇宙学会構造部門委員会　委員

2012年4月～ 2013年3月
日本複合材料学会　理事

2011年4月～ 2013年3月
日本複合材料学会　評議員

2011年4月～ 2013年3月
日本機械学会材料力学部門　総務委員会委員

2011年4月～ 2012年3月
日本機械学会　出版センター委員

2011年4月～ 2012年3月
日本機械学会　第9技術委員会委員長

2011年4月～ 2012年3月
日本機械学会　材料力学部門運営委員

2011年4月～ 2012年3月
日本航空宇宙学会　論文編集委員会委員

2011年4月～ 2012年3月
日本材料学会　破壊力学部門委員会幹事

2011年4月～ 2012年3月
日本複合材料学会東北・北海道支部　支部幹事、支部評議員

2010年4月～ 2012年3月
日本機械学会　材料力学部門運営委員

2010年4月～ 2011年3月
日本航空宇宙学会　論文編集委員会委員

2010年4月～ 2011年3月
日本複合材料学会東北・北海道支部　支部幹事、支部評議員

2008年4月～ 2010年3月
日本複合材料学会　評議員

2007年4月～ 2009年3月

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所属学協会 4

日本材料学会
日本航空宇宙学会
日本複合材料学会
日本機械学会

研究キーワード 3

破壊力学
損傷力学
連続体力学

研究分野 1

ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学） / 材料力学、機械材料 /

受賞 15

論文賞

2021年6月　日本複合材料学会　ミクロスケール解析による薄層CFRP積層板のin-situ損傷・強度特性評価
日本複合材料学会論文賞

2016年6月　日本複合材料学会　粒子法を用いた熱可塑性スタンパブルシートの流動シミュレーション
日本実験力学会論文賞

2014年8月　日本実験力学会　有孔CFRP積層板のクリープ負荷後残存強度
日本複合材料学会技術賞

2013年5月　日本複合材料学会　熱可塑性スタンパブルシートの研究開発
新化学技術研究奨励賞

2013年5月　公益社団法人新化学技術推進協会　階層的モデリングに基づく車体構造用繊維強化可塑性プラスチックの耐久性評価
文部科学大臣表彰若手科学賞

2011年4月　文部科学大臣　複合材料の微視的な損傷に関する力学モデルの研究
日本複合材料学会論文賞

2010年5月25日　日本複合材料学会　繊維強化プラスチックの破壊モード特性に関するマイクロメカニクス
日本機械学会論文賞

2010年4月　日本機械学会　短繊維強化プラスチックの破壊モードに及ぼす材料微視構造の影響
日本複合材料学会論文賞

2009年5月　日本複合材料学会　一方向CFRP複合材料の引張強度予測
日本複合材料学会林賞

2008年6月　日本複合材料学会　繊維強化複合材料の損傷・破壊を対象としたマイクロメカニクスに関する研究
日本複合材料学会論文賞

2007年5月　日本複合材料学会　埋め込みFBGセンサを用いた有孔積層板の損傷同定に関する数値解析および実験結果への適用
日本複合材料学会論文賞

2004年5月　日本複合材料学会　トランスバースクラックを有するCFRP直交積層板の引張強度
日本非破壊検査協会論文賞

2004年5月　日本非破壊検査協会　ラム波伝播速度変化を利用した繊維強化プラスチックにおけるトランスバースクラックの定量モニタリングおよび位置標定精度向上
日本機械学会奨励賞

2002年4月8日　日本機械学会　セラミック基複合材料の強度におけるマイクロメカニクスアプローチに関する研究
藤原賞

2000年3月　慶応義塾大学理工学研究科　早期学位取得第1号に対して

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論文 279

Thermal oxidative degradation of cyanate- and amine-cured epoxy resins: Experiment and ReaxFF simulation

Yoshiaki Kawagoe, Gota Kikugawa, Shohei Komori, Keiichi Shirasu, Tomonaga Okabe

Thermochimica Acta　747　179949-179949　2025年5月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.tca.2025.179949 　

ISSN：0040-6031
Monte Carlo simulation with energy-based matrix and transverse crack growth model for cross-ply ceramic matrix composites under static tensile behavior

Daichi Haruyama, Yoshiaki Kawagoe, Tomonaga Okabe

Advanced Composite Materials　1-41　2025年3月7日
出版者・発行元： Informa UK Limited
DOI： 10.1080/09243046.2025.2469961 　

ISSN：0924-3046

eISSN：1568-5519
Multiscale model for bottom-up prediction of failure parameters of unidirectional carbon-fiber-reinforced composite lamina from the atomic to filament-scales, and its application to failure modeling of open-hole quasi-isotropic composite laminates

Tadashi Watanabe, Yoshiaki Kawagoe, Yamato Hoshikawa, Yosuke Nakai, Kazuki Ryuzono, Tomonaga Okabe

International Journal of Solids and Structures　308　2025年2月1日

DOI： 10.1016/j.ijsolstr.2024.113130 　

ISSN：0020-7683
Prediction of laminate stiffness reduction by regression equations for damage variables obtained from the stress based Variational model

Yoshiko Nagumo, Sota Onodera, Mohammad Hajikazemi, Tomonaga Okabe

Journal of Applied Mechanics　1-26　2025年1月8日
出版者・発行元： ASME International
DOI： 10.1115/1.4067568 　

ISSN：0021-8936

eISSN：1528-9036

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Abstract Continuous fiber-reinforced materials exhibit reduced strength when subjected to loads perpendicular to the fiber direction, often leading to the occurrence of transverse cracks. These transverse cracks reduce the stiffness and strength of the laminates. Therefore, understanding the mechanical behavior of cracked laminates is critical, and numerous studies have addressed this issue. Notably, two key models have emerged: the continuum damage mechanics (CDM) model, which incorporates damage variables to directly account for the effects of damage modes in the constitutive law, and the stress-based variational model, which applies the principle of minimum complementary energy to develop a three-dimensional stress field in cracked laminates, thereby predicting stiffness. Although the variational model can accurately predict the stiffness degradation of a cracked laminate, it is significantly more complex than the CDM model, both in terms of the theoretical expression and the computational process. In this study, we derived explicit closed-form expressions for damage variables within the CDM framework, utilizing calculations from the variational model to estimate both the in-plane and out-of-plane thermoelastic properties of the laminate. This approach combines the simplicity of the CDM model with the accuracy of the variational method. The damage variables are explicitly expressed using normalized values, incorporating cracked ply material properties, geometrical characteristics, and adjacent ply properties. This makes the variables applicable to a wide range of laminate material. The validity of the regression equations was verified by comparing them with results from previous CDM models, finite element analysis, and experimental data.
Analytical modeling of matrix and transverse crack growth and fiber breakage for predicting the static tensile behavior of cross-ply ceramic matrix composites 査読有り

Daichi Haruyama, Yoshiaki Kawagoe, Tomonaga Okabe

Materials System　42　3-20　2025年

DOI： 10.34401/materialssystem.42.0_3 　
Effects of aeroelastic coupling accuracy and geometrical nonlinearity on performances of optimized composite wings

Yajun Liu, Shugo Date, Toshio Nagashima, Tomonaga Okabe, Yoshiaki Abe

Aerospace Science and Technology　109926-109926　2025年1月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.ast.2024.109926 　

ISSN：1270-9638
Finite element modeling of viscoelastic creep behavior and transverse cracking in fiber-reinforced composite materials

Yamato Hoshikawa, Kazuki Ryuzono, Sota Onodera, Yoshiaki Kawagoe, Tomonaga Okabe

International Journal of Damage Mechanics　2024年12月30日
出版者・発行元： SAGE Publications
DOI： 10.1177/10567895241302543 　

ISSN：1056-7895

eISSN：1530-7921

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Fiber-reinforced composites are essential in the aerospace industry, highlighting the need for an in-depth understanding of their durability. This study introduces a novel approach that integrates viscoelasticity and damage evolution based on continuum damage mechanics, employing finite element analysis. The method utilizes an anisotropic viscoelastic constitutive law to examine creep behavior under constant stress, decomposing stresses into equilibrium and non-equilibrium components. Moreover, it integrates a transverse crack damage variable associated with crack density. After solving stiffness equations, a detailed analysis of transverse crack propagation is conducted. This technique was applied to creep tests on carbon fiber-reinforced plastics and 3D woven ceramic matrix composites, resulting in strain and crack density profiles. The numerical simulations successfully reproduced experimental outcomes. The developed method offers a comprehensive tool for analyzing transverse crack propagation under viscoelastic creep conditions through finite element analysis, significantly enhancing design considerations by incorporating aspects of long-term durability.
Analytical modeling of energy-based matrix crack growth and fiber breakage in unidirectional ceramic matrix composites under static tensile behavior in the longitudinal direction

Daichi Haruyama, Yoshiaki Kawagoe, Tomonaga Okabe

Advanced Composite Materials　1-34　2024年12月18日
出版者・発行元： Informa UK Limited
DOI： 10.1080/09243046.2024.2427460 　

ISSN：0924-3046

eISSN：1568-5519
Recent studies on multiscale modeling of carbon fiber-reinforced composites

Tomonaga Okabe, Kazuki Ryuzono, Yoshiaki Kawagoe

Advanced Composite Materials　1-11　2024年10月21日
出版者・発行元： Informa UK Limited
DOI： 10.1080/09243046.2024.2414467 　

ISSN：0924-3046

eISSN：1568-5519
Finite element modeling for cohesive/adhesive failure of adhesive structures with a thermosetting resin

Yamato Hoshikawa, Yoshiaki Kawagoe, Kazuki Ryuzono, Tomonaga Okabe

Engineering Fracture Mechanics　110552-110552　2024年10月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.engfracmech.2024.110552 　

ISSN：0013-7944
Enhancing Epoxy Resin Curing: Investigating the Catalytic Role of Water as a Trace Impurity in Dense Crosslinked Network Formation Using an Advanced cat-GRRM/MC/MD Method1

Yingxiao Xi, Hironobu Fukuzawa, Gota Kikugawa, Yinbo Zhao, Yoshiaki Kawagoe, Tomonaga Okabe, Hajime Kishi, Naoki Kishimoto

Polymer　127675-127675　2024年9月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.polymer.2024.127675 　

ISSN：0032-3861
Prediction of viscoelastic effective creep compliances in cracked cross-ply composite laminates

Keiji Ogi, Shuji Yoshikawa, Tomonaga Okabe, Sota Onodera

Mechanics of Materials　105085-105085　2024年7月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.mechmat.2024.105085 　

ISSN：0167-6636
Determination of interaction parameters in a bottom-up approach employed in reactive dissipative particle dynamics simulations for thermosetting polymers

Kaiwen Li, Gota Kikugawa, Yoshiaki Kawagoe, Yinbo Zhao, Tomonaga Okabe

Soft Matter　20　(23)　4591-4607　2024年5月14日

DOI： 10.1039/d3sm01743e 　

ISSN：1744-683X

eISSN：1744-6848
Experiment-free multiscale simulation of residual deformation in non-crimp fabric composites

Yuuki Kinugawa, Yoshiaki Kawagoe, Kota Oine, Kazuki Ryuzono, Yamato Hoshikawa, Tomonaga Okabe

Advanced Composite Materials　1-13　2024年5月7日
出版者・発行元： Informa UK Limited
DOI： 10.1080/09243046.2024.2348861 　

ISSN：0924-3046

eISSN：1568-5519
Fracture mechanism of carbon fiber-reinforced thermoplastic composite laminates under compression after impact

Yoshiko Nagumo, Miyu Hamanaka, Keiichi Shirasu, Kazuki Ryuzono, Akinori Yoshimura, Hironori Tohmyoh, Tomonaga Okabe

Journal of Composite Materials　2024年3月12日
出版者・発行元： SAGE Publications
DOI： 10.1177/00219983241240622 　

ISSN：0021-9983

eISSN：1530-793X

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Thermoplastic carbon fiber-reinforced plastics (CFRPs) are increasingly utilized in the aerospace industry owing to their beneficial properties and enhanced formability relative to thermoset CFRPs. Despite the extensive use of these materials, studies focusing on compression after impact (CAI) tests with impact energies exceeding 20 J for thermoplastic CFRPs remain scarce. This study examines CAI tests on quasi-isotropic laminates of thermoplastic CFRP, subjected to a low-velocity impact energy of 27.04 J. For comparison, quasi-isotropic laminates of thermoset CFRP were subjected to a low-velocity impact energy of 36.5 J. These tests reveal that the CAI strength of both materials is comparable, notwithstanding the lower fiber volume fraction in the thermoplastic CFRP. Further, this research incorporates a finite element (FE) analysis to investigate the damage mechanisms in thermoplastic CFRP. The FE model, integrating interlaminar damage observed during the impact tests, accurately predicted the relationship between compressive stress and strain, correlating closely with the experimental outcomes. It was observed that both interlaminar and intralaminar damage propagation were constrained until the point of maximum compressive stress. Prior to reaching this maximum, a region of elevated compressive stress in the fiber direction was noted in the 0° layer near the non-impacted side. These findings indicate that the compressive stress in the fiber direction in the 0° layer adjacent to the non-impacted side is pivotal in dictating the final failure, which determines the CAI strength of thermoplastic CFRP laminates.
Effect of inorganic material surface chemistry on structures and fracture behaviours of epoxy resin

Tomohiro Miyata, Yohei K. Sato, Yoshiaki Kawagoe, Keiichi Shirasu, Hsiao-Fang Wang, Akemi Kumagai, Sora Kinoshita, Masashi Mizukami, Kaname Yoshida, Hsin-Hui Huang, Tomonaga Okabe, Katsumi Hagita, Teruyasu Mizoguchi, Hiroshi Jinnai

Nature Communications　15　(1)　2024年3月8日
出版者・発行元： Springer Science and Business Media LLC
DOI： 10.1038/s41467-024-46138-6 　

eISSN：2041-1723

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Abstract The mechanisms underlying the influence of the surface chemistry of inorganic materials on polymer structures and fracture behaviours near adhesive interfaces are not fully understood. This study demonstrates the first clear and direct evidence that molecular surface segregation and cross-linking of epoxy resin are driven by intermolecular forces at the inorganic surfaces alone, which can be linked directly to adhesive failure mechanisms. We prepare adhesive interfaces between epoxy resin and silicon substrates with varying surface chemistries (OH and H terminations) with a smoothness below 1 nm, which have different adhesive strengths by ~13 %. The epoxy resins within sub-nanometre distance from the surfaces with different chemistries exhibit distinct amine-to-epoxy ratios, cross-linked network structures, and adhesion energies. The OH- and H-terminated interfaces exhibit cohesive failure and interfacial delamination, respectively. The substrate surface chemistry impacts the cross-linked structures of the epoxy resins within several nanometres of the interfaces and the adsorption structures of molecules at the interfaces, which result in different fracture behaviours and adhesive strengths.
Constructing and characterizing various multi-component crosslinked epoxy resins based on molecular dynamics simulations with a curing reaction model

Yinbo Zhao, Gota Kikugawa, Keiichi Shirasu, Yoshiaki Kawagoe, Tomonaga Okabe

Polymer　297　126817-126817　2024年3月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.polymer.2024.126817 　

ISSN：0032-3861
Dissipative Particle Dynamics Simulation for Reaction-Induced Phase Separation of Thermoset/Thermoplastic Blends

Yoshiaki Kawagoe, Gota Kikugawa, Keiichi Shirasu, Yuuki Kinugawa, Tomonaga Okabe

The Journal of Physical Chemistry B　2024年2月19日
出版者・発行元： American Chemical Society (ACS)
DOI： 10.1021/acs.jpcb.3c07756 　

ISSN：1520-6106

eISSN：1520-5207
Toward Integrated Aircraft Design with Carbon Fiber Reinforced Thermoplastic (CFRTP)

Advanced Computational Methods and Design for Greener Aviation　59　229-239　2024年

DOI： 10.1007/978-3-031-61109-4_15 　
Influence of Fiber Orientation on Failure of Welded Single-lap Joint with Welding Technology of Thermoset FRP 査読有り

Tadashi Watanabe, Masato Honma, Mototsugu Tanaka, Keiichi Shirasu, Yoshiaki Kawagoe, Tomonaga Okabe

Materials System　41　37-45　2024年

DOI： 10.34401/materialssystem.41.0_37 　
Micromechanics study of short carbon fiber-reinforced thermoplastics fabricated via 3D printing using design of experiments

Keiichi Shirasu, Yudai Yamaguchi, Yamato Hoshikawa, Gota Kikugawa, Hironori Tohmyoh, Tomonaga Okabe

Materials Science and Engineering: A　891　145971-145971　2024年1月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.msea.2023.145971 　

ISSN：0921-5093
Effects of the chain length of nonaromatic epoxy resins on thermomechanical and optical properties: experiments, and ab initio and molecular dynamics simulations

Yoshiaki Kawagoe, Yuuki Kinugawa, Keigo Matsumoto, Masashi Ohno, Naoki Kishimoto, Takahiko Kawai, Tomonaga Okabe

Physical Chemistry Chemical Physics　2024年

DOI： 10.1039/d4cp02357a 　

ISSN：1463-9076
Development of cat-GRRM/MC/MD method for the simulation of cross-linked network structure formation with molecular autocatalysis

Yingxiao Xi, Hironobu Fukuzawa, Shoji Fukunaga, Gota Kikugawa, Yinbo Zhao, Yoshiaki Kawagoe, Tomonaga Okabe, Naoki Kishimoto

Molecular Catalysis　552　113680-113680　2024年1月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.mcat.2023.113680 　

ISSN：2468-8231
Reaction-induced morphological transitions in a blend of diblock copolymers and reactive monomers: dissipative particle dynamics simulation

Yoshinori Tomiyoshi, Yutaka Oya, Toshihiro Kawakatsu, Tomonaga Okabe

Soft Matter　20　(1)　124-132　2023年12月6日

DOI： 10.1039/d3sm00959a 　

ISSN：1744-683X

eISSN：1744-6848
In-Situ Shearing Process Observation System for Soft Materials via Transmission Electron Microscopy

Tomohiro Miyata, Hsiao-Fang Wang, Daisuke Watanabe, Yoshiaki Kawagoe, Tomonaga Okabe, Hiroshi Jinnai

Microscopy　2023年9月13日
出版者・発行元： Oxford University Press (OUP)
DOI： 10.1093/jmicro/dfad045 　

ISSN：2050-5698

eISSN：2050-5701

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Abstract We developed an in-situ shear test system suitable for transmission electron microscopy (TEM) observations, which enabled us to examine the shear deformation behaviours inside soft materials at nanoscale resolutions. This study was conducted on a nanoparticle-filled rubber to investigate its nanoscale deformation behaviour under a large shear strain. First, the shear deformation process of a large area in the specimen was accurately examined and proven to exhibit an almost perfect simple shear. At the nanoscale, voids grew along the maximum principal strain during shear deformation. In addition, the nanoscale regions with rubber and silica aggregates exhibited deformation behaviours similar to the global shear deformation of the specimen. Although the silica aggregates exhibited displacement along the shearing directions, rotational motions were also observed owing to the torque generated by the local shear stress. This in-situ shear deformation system for TEM enabled us to understand the nanoscale origins of the mechanical properties of soft materials, particularly polymer composites.
Multiscale model for failure prediction of carbon-fiber-reinforced composites under off-axis load

Tadashi Watanabe, Yoshiaki Kawagoe, Keiichi Shirasu, Tomonaga Okabe

International Journal of Solids and Structures　112489-112489　2023年9月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.ijsolstr.2023.112489 　

ISSN：0020-7683
Evaluations of atomic-resolution strain fields using molecular dynamics simulations combined with corrected smoothed particle hydrodynamics

Yoshiaki Kawagoe, Tomonaga Okabe

Computational Materials Science　228　112333-112333　2023年9月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.commatsci.2023.112333 　

ISSN：0927-0256
Experimental and numerical investigation of the relationship between material defects and elastoplasticity behavior of 3D-printed carbon-fiber-reinforced thermoplastics under compressive loading

Yamato Hoshikawa, Keiichi Shirasu, Ryo Higuchi, Yoshiaki Kawagoe, Hironori Tohmyoh, Tomonaga Okabe

Composites Science and Technology　110116-110116　2023年6月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.compscitech.2023.110116 　

ISSN：0266-3538
Three-dimensional analytical model for composite laminate with transverse cracks by assuming parabolic crack opening

Sota Onodera, Kazuki Ryuzono, Shigeki Yashiro, Tomonaga Okabe

Advanced Composite Materials　1-23　2023年1月16日
出版者・発行元： Informa UK Limited
DOI： 10.1080/09243046.2023.2167481 　

ISSN：0924-3046

eISSN：1568-5519
DELAMINATION QUANTIFICATION IN A CROSS-PLY LAMINATE BASED ON TOPOLOGY OPTIMIZATION AND LAMB WAVE PROPAGATION MECHANISMS

Kazuki Ryuzono, Shigeki Yashiro, Sota Onodera, Nobuyuki Toyama, Tomonaga Okabe

ICCM International Conferences on Composite Materials　2023年
Long-term two-dimensional analysis of the flow field around a hovering flapping flat-plate wing

Tomoki YAMAZAKI, Yoshiaki ABE, Tomonaga OKABE

Journal of Fluid Science and Technology　18　(2)　JFST0026-JFST0026　2023年
出版者・発行元： Japan Society of Mechanical Engineers
DOI： 10.1299/jfst.2023jfst0026 　

eISSN：1880-5558
Three-dimensional analytical model for composite laminate with transverse cracks by assuming parabolic crack opening

Sota Onodera, Kazuki Ryuzono, Shigeki Yashiro, Tomonaga Okabe

Advanced Composite Materials　2023年

DOI： 10.1080/09243046.2023.2167481 　

ISSN：0924-3046

eISSN：1568-5519
Molecular-scale investigation on relationship between thermal conductivity and the structure of crosslinked epoxy resin 査読有り

Yinbo Zhao, Gota Kikugawa, Yoshiaki Kawagoe, Keiichi Shirasu, Tomonaga Okabe

International Journal of Heat and Mass Transfer　198　123429-123429　2022年12月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2022.123429 　

ISSN：0017-9310
Evaluation of Notched Strength of Composite Laminates Using a Nonlinear Extended Finite Element Method

Ryo HIGUCHI, Ryoma AOKI, Tomohiro YOKOZEKI, Toshio NAGASHIMA, Tomonaga OKABE

Journal of the Japan Society for Composite Materials　48　(6)　223-235　2022年11月15日
出版者・発行元： The Japan Society for Composite Materials
DOI： 10.6089/jscm.48.223 　

ISSN：0385-2563

eISSN：1884-8559
Evaluation and Analysis of Thermosetting Phenolic Resins Using Multiscale Modeling that Combine Quantum Chemical Calculations and Molecular Reaction Simulations

Naoki KISHIMOTO, Hiroki WAIZUMI, Jumpei SAKAMOTO, Tomonaga OKABE

Journal of the Japan Society for Composite Materials　48　(6)　217-222　2022年11月15日
出版者・発行元： The Japan Society for Composite Materials
DOI： 10.6089/jscm.48.217 　

ISSN：0385-2563

eISSN：1884-8559
Lap-shear strength and fracture behavior of CFRP/3D-printed titanium alloy adhesive joint prepared by hot-press-aided co-bonding 査読有り

Keiichi Shirasu, Masayoshi Mizutani, Naoki Takano, Hajime Yoshinaga, Tsuyoshi Oguri, Ken ichi Ogawa, Tomonaga Okabe, Shigeru Obayashi

International Journal of Adhesion and Adhesives　117　2022年9月

DOI： 10.1016/j.ijadhadh.2022.103169 　

ISSN：0143-7496
Morphologies of polymer chains adsorbed on inorganic nanoparticles in a polymer composite as revealed by atomic-resolution electron microscopy

Tomohiro Miyata, Yoshiaki Kawagoe, Tomonaga Okabe, Hiroshi Jinnai

Polymer Journal　54　(11)　1297-1306　2022年8月10日
出版者・発行元： Springer Science and Business Media LLC
DOI： 10.1038/s41428-022-00690-4 　

ISSN：0032-3896

eISSN：1349-0540
A novel single-stroke path planning algorithm for 3D printers using continuous carbon fiber reinforced thermoplastics 査読有り

Kohei Yamamoto, Jose Victorio Salazar Luces, Keiichi Shirasu, Yamato Hoshikawa, Tomonaga Okabe, Yasuhisa Hirata

Additive Manufacturing　55　102816-102816　2022年7月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.addma.2022.102816 　

ISSN：2214-8604
Multiscale modeling of process-induced residual deformation on carbon-fiber-reinforced plastic laminate from quantum calculation to laminate scale finite-element analysis 査読有り

Yoshiaki Kawagoe, Kenji Kawai, Yuta Kumagai, Keiichi Shirasu, Gota Kikugawa, Tomonaga Okabe

Mechanics of Materials　170　104332-104332　2022年7月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.mechmat.2022.104332 　

ISSN：0167-6636
Generalized coordinate smoothed particle hydrodynamics with an overset method in total Lagrangian formulation 査読有り

Huachao Deng, Yoshiaki Kawagoe, Yoshiaki Abe, Kenjiro Terada, Tomonaga Okabe

International Journal for Numerical Methods in Engineering　2022年6月3日
出版者・発行元： Wiley
DOI： 10.1002/nme.7043 　

ISSN：0029-5981

eISSN：1097-0207
Fatigue crack propagation simulation method using XFEM with variable-node element 査読有り

Huachao Deng, Bo Yan, Tomonaga Okabe

Engineering Fracture Mechanics　269　108533-108533　2022年6月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.engfracmech.2022.108533 　

ISSN：0013-7944
Experimental and numerical study on open-hole tension/compression properties of carbon-fiber-reinforced thermoplastic laminates 査読有り

Keiichi Shirasu, Junpei Tsuyuki, Ryo Higuchi, Sota Onodera, Tomonaga Okabe

Journal of Composite Materials　56　(14)　2211-2225　2022年6月
出版者・発行元： SAGE Publications
DOI： 10.1177/00219983221096880 　

ISSN：0021-9983

eISSN：1530-793X

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The stress-strain responses and damage initiation/propagation mechanisms of T700G/LM-PAEK, an open-hole carbon-fiber-reinforced thermoplastic were investigated experimentally and numerically. To obtain the mechanical properties necessary for numerical simulations, uniaxial tensile/compressive, double cantilever beam, and end notched flexure tests were conducted. T700G/LM-PAEK was found to have comparable or higher Young’s modulus, strength, and interlaminar fracture toughness relative to thermoset CFRPs with carbon fiber of a similar grade. These superior mechanical properties are mainly attributable to the higher toughness and ductility of the thermoplastic resin. The interfacial fracture toughnesses were evaluated by finite element analysis with the cohesive zone model to determine the interlaminar fracture toughnesses for crack initiation and propagation. Based on the above experimental and numerical results, the stress strain response and damage evolution of open-hole specimens were analyzed by a quasi-3D extended finite element method (XFEM) and compared with the experimental results. The computational model with the elastoplastic constitutive law provided an accurate prediction of the stress-strain response in both open-hole tension and compression (OHT and OHC, respectively), suggesting that the elastoplastic constitutive law should be considered in XFEM to guarantee the accuracy of strength prediction for both OHT and OHC. The OHT model showed that the Weibull criterion was satisfied without any delamination at the failure strain, corresponding to the brittle failure mode due to fiber breakage. For the OHC simulation, the damage initiation of 0°-ply kinking was observed at 88% of the peak stress. These predicted damage mechanisms agreed reasonably well with the experimental observations.
Effects of fiber properties on aerodynamic performance and structural sizing of composite aircraft wings 査読有り

Shugo Date, Yoshiaki Abe, Tomonaga Okabe

Aerospace Science and Technology　124　107565-107565　2022年5月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.ast.2022.107565 　

ISSN：1270-9638
A new path-independent interaction integral for dynamic stress intensity factors of cracked structures 査読有り

Huachao Deng, Bo Yan, Tomonaga Okabe

International Journal of Solids and Structures　243　111559-111559　2022年5月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.ijsolstr.2022.111559 　

ISSN：0020-7683
Uncovering the Mechanism of Size Effect on the Thermomechanical Properties of Highly Cross-Linked Epoxy Resins 査読有り

Yinbo Zhao, Gota Kikugawa, Yoshiaki Kawagoe, Keiichi Shirasu, Naoki Kishimoto, Yingxiao Xi, Tomonaga Okabe

The Journal of Physical Chemistry B　126　(13)　2593-2607　2022年4月7日
出版者・発行元： American Chemical Society (ACS)
DOI： 10.1021/acs.jpcb.1c10827 　

ISSN：1520-6106

eISSN：1520-5207
Prediction of transverse crack progression based on continuum damage mechanics and its application to composite laminates and filament-wound cylindrical pressure vessels 査読有り

Yoshiko Nagumo, Sota Onodera, Tomonaga Okabe

Advanced Composite Materials　1-17　2022年3月11日
出版者・発行元： Informa UK Limited
DOI： 10.1080/09243046.2022.2048452 　

ISSN：0924-3046

eISSN：1568-5519
Multi-fidelity progressive damage simulation of notched composite laminates with various ply thicknesses

R. Higuchi, R. Aoki, S. Onodera, X. Lu, J. Zhi, K.H. Leong, T. Yokozeki, T. Okabe, T.E. Tay

International Journal of Solids and Structures　111518-111518　2022年2月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.ijsolstr.2022.111518 　

ISSN：0020-7683
Analyzing Stochastic Features in Airport Surface Traffic Flow Using Cellular Automaton: Tokyo International Airport 査読有り

Yoshiaki Kawagoe, Ryohei Chino, Satori Tsuzuki, Eri Itoh, Tomonaga Okabe

IEEE Access　10　1-1　2022年
出版者・発行元： Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)
DOI： 10.1109/access.2022.3204819 　

eISSN：2169-3536
Open-hole tensile properties of 3D-printed continuous carbon-fiber-reinforced thermoplastic laminates: Experimental study and multiscale analysis 査読有り

Yamato Hoshikawa, Keiichi Shirasu, Kohei Yamamoto, Yasuhisa Hirata, Ryo Higuchi, Tomonaga Okabe

Journal of Thermoplastic Composite Materials　2022年

DOI： 10.1177/08927057221110791 　

ISSN：0892-7057

eISSN：1530-7980
Density Functional Theory for Polymer Phase Separations Induced by Coupling of Chemical Reaction and Elastic Stress

Yutaka Oya, Gota Kikugawa, Tomonaga Okabe, Toshihiro Kawakatsu

Advanced Theory and Simulations　5　(1)　2100385-2100385　2022年1月
出版者・発行元： Wiley
DOI： 10.1002/adts.202100385 　

ISSN：2513-0390

eISSN：2513-0390
Numerical simulation for deformation of laminates combining the novel shell element with the decoupled two-scale viscoelastic analysis of FRP

Takeki Yamamoto, Tomonaga Okabe, Kenjiro Terada

International Journal of Solids and Structures　234-235　111236-111236　2022年1月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.ijsolstr.2021.111236 　

ISSN：0020-7683
Micromechanical modeling for the in-plane mechanical behavior of orthogonal three-dimensional woven ceramic matrix composites with transverse and matrix cracking

Sota Onodera, Junpei Tsuyuki, Tomonaga Okabe

International Journal of Damage Mechanics　31　(2)　105678952110260-105678952110260　2021年6月24日
出版者・発行元： SAGE Publications
DOI： 10.1177/10567895211026017 　

ISSN：1056-7895

eISSN：1530-7921

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Ceramic matrix composites (CMCs) are currently being considered for applications in the hot-section components of aviation gas turbines owing to their favorable characteristics. Herein, a micromechanical modeling is presented for orthogonal 3 D woven CMCs under in-plane loading. The three-dimensional effective compliance of the 3 D woven composite was derived using three-dimensional laminate theory and continuum damage mechanics. The damage variables were used to describe the stiffness reduction due to the transverse and matrix cracking in each fiber bundle. The calculation method for the transverse and matrix cracking evolutions under in-plane loading was established by introducing mixed-mode damage criteria. The stress redistribution among the fiber bundles of 3 D woven CMCs due to the fiber/matrix interfacial debonding around matrix cracking was considered to capture the interaction between the matrix and transverse crack evolutions. Additionally, a mesomechanical model comprising finite element analysis and damage mechanics was established to evaluate the stress perturbation due to the geometry of the woven structure. The edge face of the 3 D woven CMC was experimentally observed to measure the transverse and matrix cracks that occurred in each fiber bundle. The transverse and matrix crack densities predicted by the micromechanical and mesomechanical models reasonably agreed with the experimental results up to crack saturation. Furthermore, the micromechanical model reproduced the nonlinear stress–strain response under tensile and shear loading using mixed-mode damage criteria.
Experimental and numerical study on progressive damage and failure in composite laminates during open-hole compression tests

R. Higuchi, S. Warabi, A. Yoshimura, T. Nagashima, T. Yokozeki, T. Okabe

Composites Part A: Applied Science and Manufacturing　145　106300-106300　2021年6月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.compositesa.2021.106300 　

ISSN：1359-835X
Amine/epoxy stoichiometric ratio dependence of crosslinked structure and ductility in amine-cured epoxy thermosetting resins

Nobuyuki Odagiri, Keiichi Shirasu, Yoshiaki Kawagoe, Gota Kikugawa, Yutaka Oya, Naoki Kishimoto, Fumio S. Ohuchi, Tomonaga Okabe

JOURNAL OF APPLIED POLYMER SCIENCE　138　(23)　2021年6月

DOI： 10.1002/app.50542 　

ISSN：0021-8995

eISSN：1097-4628
Cure Path Dependency in Crosslinked Structure of DGEBA/DICY/DCMU Thermosetting Resin 査読有り

Nobuyuki ODAGIRI, Keiichi SHIRASU, Yoshiaki KAWAGOE, Tomonaga OKABE

Materials System　38　21-30　2021年3月

DOI： 10.34401/materialssystem.38.0_21 　
A decoupling scheme for two-scale finite thermoviscoelasticity with thermal and cure-induced deformations

Risa Saito, Yosuke Yamanaka, Seishiro Matsubara, Tomonaga Okabe, Shuji Moriguchi, Kenjiro Terada

INTERNATIONAL JOURNAL FOR NUMERICAL METHODS IN ENGINEERING　122　(4)　1133-1166　2021年2月

DOI： 10.1002/nme.6575 　

ISSN：0029-5981

eISSN：1097-0207
Thermoset resin curing simulation using quantum-chemical reaction path calculation and dissipative particle dynamics

Yoshiaki Kawagoe, Gota Kikugawa, Keiichi Shirasu, Tomonaga Okabe

Soft Matter　17　(28)　6707-6717　2021年
出版者・発行元： Royal Society of Chemistry (RSC)
DOI： 10.1039/d1sm00600b 　

ISSN：1744-683X

eISSN：1744-6848

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We proposed a coarse-grained curing simulation technique for thermoset resin that combines DPD with an <italic>ab initio</italic> quantum calculation. An all-atom MD system was reconstructed from the DPD system using reverse mapping to evaluate several properties.
Fluid-structural design analysis for composite aircraft wings with various fiber properties

Shugo Date, Yoshiaki Abe, Takeki Yamamoto, Tomonaga Okabe

JOURNAL OF FLUID SCIENCE AND TECHNOLOGY　16　(1)　2021年

DOI： 10.1299/jfst.2021jfst0009 　

ISSN：1880-5558
Molecular dynamics simulation of cross-linking processes and material properties for epoxy resins using first-principle calculation combined with global reaction route mapping algorithms

Yutaka Oya, Masahiro Nakazawa, Keiichi Shirasu, Yuki Hino, Kyosuke Inuyama, Gota Kikugawa, Jing Li, Riichi Kuwahara, Naoki Kishimoto, Hiroki Waizumi, Masaaki Nishikawa, Anthony Waas, Nobuyuki Odagiri, Andrew Koyanagi, Marco Salviato, Tomonaga Okabe

CHEMICAL PHYSICS LETTERS　762　2021年1月

DOI： 10.1016/j.cplett.2020.138104 　

ISSN：0009-2614

eISSN：1873-4448
Tensile-strength-controlling factors in unidirectional carbon fiber reinforced plastic composites

Go Yamamoto, Keita Koizumi, Takahiro Nakamura, Noriyuki Hirano, Tomonaga Okabe

COMPOSITES PART A-APPLIED SCIENCE AND MANUFACTURING　140　2021年1月

DOI： 10.1016/j.compositesa.2020.106140 　

ISSN：1359-835X

eISSN：1878-5840
Analytical model for determining effective stiffness and mechanical behavior of polymer matrix composite laminates using continuum damage mechanics

Sota Onodera, Tomonaga Okabe

INTERNATIONAL JOURNAL OF DAMAGE MECHANICS　29　(10)　1512-1542　2020年11月

DOI： 10.1177/1056789520939624 　

ISSN：1056-7895

eISSN：1530-7921
Evaluation of the In-situ Damage and Strength Properties of Thin-ply CFRP Laminates by Micro-scale Finite Element Analysis

Ryo Higuchi, Ryoma Aoki, Tomohiro Yokozeki, Tomonaga Okabe

Journal of the Japan Society for Composite Materials　46　(5)　212-222　2020年9月15日
出版者・発行元： The Japan Society for Composite Materials
DOI： 10.6089/jscm.46.212 　

ISSN：0385-2563

eISSN：1884-8559
Evaluation of the in-situ damage and strength properties of thin-ply CFRP laminates by micro-scale finite element analysis

R. Higuchi, R. Aoki, T. Yokozeki, T. Okabe

Advanced Composite Materials　29　(5)　475-493　2020年9月2日
出版者・発行元： Informa UK Limited
DOI： 10.1080/09243046.2020.1740867 　

ISSN：0924-3046

eISSN：1568-5519
Experimental and numerical investigations on push-out delamination in drilling of composite laminates 査読有り

R. Higuchi, S. Warabi, W. Ishibashi, T. Okabe

Composites Science and Technology　198　108238-108238　2020年9月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.compscitech.2020.108238 　

ISSN：0266-3538
Gate optimization for resin transfer molding in dual-scale porous media: Numerical simulation and experiment measurement 査読有り

Yutaka Oya, Tsubasa Matsumiya, Akira Ito, Ryosuke Matsuzaki, Tomonaga Okabe

Journal of Composite Materials　54　(16)　2131-2145　2020年7月
出版者・発行元： SAGE Publications
DOI： 10.1177/0021998319890122 　

ISSN：0021-9983

eISSN：1530-793X

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For resin transfer molding in a woven fabric, this study developed a novel framework for optimization by combining a multi-objective genetic algorithm and mold-filling simulation including a void-formation model, which gives us not only the spatial distribution of the mesoscopic and microscopic voids but also the correlations between molding characteristics such as fill time, total amount of void, weld line, and wasted resin. Our experiment observation of one-point radial injection successfully captured the anisotropic distribution of mesoscopic voids, which qualitatively validates the simulated result. As a result of multi-objective optimization for an arrangement of two injection positions, we found the trade-off relations of weld line with the other characteristics, which also have positive correlation with each other. Furthermore, visualization techniques such as self-organizing maps and parallel coordinate maps extracted the design rule of the arrangement. For example, a diagonal gate arrangement with an appropriate distance is required for reducing the both total amount of voids, fill time, and wasted resin; however, the total area of the weld line becomes relatively large. Our framework and the knowledge obtained from this study will enable us to determine the appropriate mold design for resin transfer molding.
Structure-Property Correlation Study for Organic Photovoltaic Polymer Materials Using Data Science Approach

Yue Huang, Jingtian Zhang, Edwin S. Jiang, Yutaka Oya, Akinori Saeki, Gota Kikugawa, Tomonaga Okabe, Fumio S. Ohuchi

JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C　124　(24)　12871-12882　2020年6月

DOI： 10.1021/acs.jpcc.0c00517 　

ISSN：1932-7447

eISSN：1932-7455
Multiscale analysis and experimental validation of crack initiation in quasi-isotropic laminates 査読有り

Yuta Kumagai, Sota Onodera, Marco Salviato, Tomonaga Okabe

International Journal of Solids and Structures　193-194　172-191　2020年6月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.ijsolstr.2020.02.010 　

ISSN：0020-7683
Development of mesh-free simulation tool for the optimization of microscopic composite structure

Ryo Higuchi, Tomohiro Yokozeki, Tomonaga Okabe, Toshio Nagashima, Takahira Aoki

ECCM 2018 - 18th European Conference on Composite Materials　2020年
出版者・発行元： Applied Mechanics Laboratory
Evaluation of notched strength of thin-ply composite materials using adaptive discrete-smeared crack (A-DiSC) method

Ryo Higuchi, Ryoma Aoki, Tomohiro Yokozeki, Sota Onodera, Tomonaga Okabe, Karh Heng Leong, Jie Zhi, Xin Lu, Tong Earn Tay

Proceedings of the American Society for Composites - 35th Technical Conference, ASC 2020　1452-1465　2020年
Numerical Simulation of Wake Deflection Control around NACA0012 Airfoil Using Active Morphing Flaps

Yoshiaki Abe, Takayuki Konishi, Tomonaga Okabe

Journal of Flow Control, Measurement & Visualization　08　(03)　121-133　2020年
出版者・発行元： Scientific Research Publishing, Inc.
DOI： 10.4236/jfcmv.2020.83007 　

ISSN：2329-3322

eISSN：2329-3330
複合材構造のCompression RTM成形における樹脂含浸時間予測査読有り

矢代茂樹, 伊藤晃, 松宮飛翔, 辻孝鴻, 大矢豊大, 松崎亮介, 岡部朋永

日本複合材料学会誌　2020年
Introducing self-organized maps (SOM) as a visualization tool for materials research and education 国際共著査読有り

Jimin Qian, Nam Phuong Nguyen, Yutaka Oya, Gota Kikugawa, Tomonaga Okabe, Yue Huang, Fumio S. Ohuchi

Results in Materials　4　100020　2019年12月

DOI： 10.1016/j.rinma.2019.100020 　
ミクロスケール解析による薄層CFRP 積層板のin-situ損傷・強度特性評価査読有り

樋口諒, 青木涼馬, 横関智弘, 岡部朋永

日本複合材料学会誌　46　(5)　212-222　2019年11月
Three-dimensional analytical model for effective elastic constants of transversely isotropic plates with multiple cracks: Application to stiffness reduction and steady-state cracking of composite laminates

Sota Onodera, Tomonaga Okabe

ENGINEERING FRACTURE MECHANICS　219　2019年10月

DOI： 10.1016/j.engfracmech.2019.106595 　

ISSN：0013-7944

eISSN：1873-7315
Experimental and smoothed particle hydrodynamics analysis of interfacial bonding between aluminum powder particles and aluminum substrate by cold spray technique

Abreeza Manap, Tomonaga Okabe, Kazuhiro Ogawa, Savisha Mahalingam, Huda Abdullah

International Journal of Advanced Manufacturing Technology　103　(9-12)　4519-4527　2019年8月1日

DOI： 10.1007/s00170-019-03846-4 　

ISSN：0268-3768

eISSN：1433-3015
Data Analysis of Multi-Dimensional Thermophysical Properties of Liquid Substances Based on Clustering Approach of Machine Learning 国際共著査読有り

Gota Kikugawa, Yuta Nishimura, Koji Shimoyama, Taku Ohara, Tomonaga Okabe, Fumio S. Ohuchi

Chemical Physics Letters　728　109-114　2019年8月

DOI： 10.1016/j.cplett.2019.04.075 　
Stiffness and permeability multi-objective optimization of carbon-fiber-reinforced plastic mesostructures using homogenization method

Ryosuke Matsuzaki, Tomohiro Ishikawa, Tomonaga Okabe, Yutaka Oya, Shigeki Yashiro

JOURNAL OF COMPOSITE MATERIALS　53　(13)　1865-1880　2019年6月

DOI： 10.1177/0021998318812160 　

ISSN：0021-9983

eISSN：1530-793X
Considering the stress concentration of fiber surfaces in the prediction of the tensile strength of unidirectional carbon fiber-reinforced plastic composites

Go Yamamoto, Miho Onodera, Keita Koizumi, Jun Watanabe, Haruki Okuda, Fumihiko Tanaka, Tomonaga Okabe

COMPOSITES PART A-APPLIED SCIENCE AND MANUFACTURING　121　499-509　2019年6月

DOI： 10.1016/j.compositesa.2019.04.011 　

ISSN：1359-835X

eISSN：1878-5840
Particle simulation of dual-scale flow in resin transfer molding for process analysis

Shigeki Yashiro, Daichi Nakashima, Yutaka Oya, Tomonaga Okabe, Ryosuke Matsuzaki

COMPOSITES PART A-APPLIED SCIENCE AND MANUFACTURING　121　283-288　2019年6月

DOI： 10.1016/j.compositesa.2019.03.038 　

ISSN：1359-835X

eISSN：1878-5840
A multiscale model for the synthesis of thermosetting resins: From the addition reaction to cross-linked network formation 査読有り

Li Jing, Jumpei Sakamoto, Waizumi Hiroki, Oya Yutaka, Huang Yue, Kishimoto Naoki, Okabe Tomonaga

CHEMICAL PHYSICS LETTERS　720　64-69　2019年4月

DOI： 10.1016/j.cplett.2019.02.012 　

ISSN：0009-2614

eISSN：1873-4448
Numerical study for tensile strength prediction of unidirectional carbon fiber-reinforced composite considering fiber surface stress concentration

Go Yamamoto, Tomonaga Okabe

MECHANICAL ENGINEERING JOURNAL　6　(3)　2019年

DOI： 10.1299/mej.19-00020 　

ISSN：2187-9745
Analysis of structure characteristics in laminated graphene oxide nanocomposites using molecular dynamics simulation

Yutaka Oya, Kyosuke Inuyama, Tomonaga Okabe, Jun Koyanagi, Ryosuke Matsuzaki

Advanced Composite Materials　27　(4)　427-438　2018年7月4日
出版者・発行元： Taylor and Francis Ltd.
DOI： 10.1080/09243046.2017.1407278 　

ISSN：1568-5519 0924-3046
Investigating nanostructures in carbon fibres using Raman spectroscopy 査読有り

Haruki Okuda, Robert J. Young, Daniel Wolverson, Fumihiko Tanaka, Go Yamamoto, Tomonaga Okabe

Carbon　130　178-184　2018年4月1日
出版者・発行元： Elsevier Ltd
DOI： 10.1016/j.carbon.2017.12.108 　

ISSN：0008-6223
Fracture behavior of diamondlike carbon films deposited on polymer substrates 査読有り

Go Yamamoto, Tomonaga Okabe, Noriaki Ikenaga

Journal of Vacuum Science and Technology A: Vacuum, Surfaces and Films　36　(2)　O2C101-1-02C101-6　2018年3月1日
出版者・発行元： AVS Science and Technology Society
DOI： 10.1116/1.5003683 　

ISSN：1520-8559 0734-2101
Determination of full elastic constants of carbon fiber in carbon fiber reinforced plastic composites

Go Yamamoto, Shogo Kurisaki, Satoshi Atobe, Tomonaga Okabe

33rd Technical Conference of the American Society for Composites 2018　3　1508-1514　2018年
出版者・発行元： DEStech Publications Inc.
Microscale simulation of composites with various microstructures by using extended finite element method (XFEM)

Ryo Higuchi, Tomohiro Yokozeki, Tomonaga Okabe, Toshio Nagashima, Takahira Aoki

33rd Technical Conference of the American Society for Composites 2018　3　2037-2047　2018年
出版者・発行元： DEStech Publications Inc.
Changes in micro-phase separation of di-block copolymer melts induced by a circle fiber

Yutaka Oya, Naofumi Umemoto, Tomonaga Okabe

33rd Technical Conference of the American Society for Composites 2018　2　792-797　2018年
出版者・発行元： DEStech Publications Inc.
Multiscale failure analysis for prediction of matrix crack formation in polymer-matrix composites

Yuta Kumagai, Yoshiteru Aoyagi, Tomonaga Okabe

33rd Technical Conference of the American Society for Composites 2018　1　614-625　2018年
出版者・発行元： DEStech Publications Inc.
2F18 研究型大学における初年次学生に対する英語力強化の取り組みと効果—研究型大学における６年一貫工学教育システムの構築第４報

須藤祐子, 安藤晃, 岡部朋永, 森谷祐一

工学教育研究講演会講演論文集　2018　336-337　2018年
出版者・発行元：公益社団法人日本工学教育協会
DOI： 10.20549/jseeja.2018.0_336 　

ISSN：2189-8928

eISSN：2424-1458
A study of stress concentrations around fiber breaks in unidirectional CF/epoxy composites using double-fiber fragmentation tests

Watanabe, J., Tanaka, F., Higuchi, R., Matsutani, H., Okuda, H., Okabe, T.

Advanced Composite Materials　27　(6)　2018年

DOI： 10.1080/09243046.2017.1416567 　

ISSN：1568-5519 0924-3046
Numerical modelling of impact damage in fibre-reinforced plastic composites with smoothed particle hydrodynamics

Tomonaga Okabe, Shohei Natsui, Sota Onodera

33rd Technical Conference of the American Society for Composites 2018　3　2059-2075　2018年
Prediction for stiffness reduction and progressive damage of composite laminate including ply cracks

Sota Onodera, Tomonaga Okabe

33rd Technical Conference of the American Society for Composites 2018　1　626-640　2018年
Analysis of structure characteristics in laminated graphene oxide nanocomposites using molecular dynamics simulation 査読有り

大矢豊大, 犬山恭介, 岡部朋永, 小柳潤, 松崎亮介

Advanced Composite Materials　42　(2)　1-12　2018年
出版者・発行元：日本複合材料学会
DOI： 10.6089/jscm.42.76 　

ISSN：0385-2563

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Characteristics of laminated graphene oxide (LGO) nanocomposite, expected for high functional composites, are known to be related to its microstructure. In this study, we investigated influences of both hydrogen-bonding and cross-linked network structures on initial stiffness and yield stress by molecular dynamics simulations. Our results showed each structure improved the mechanical properties, and the combination of these structures made the properties stronger. Moreover, we revealed the physical origin of the enhancement is caused by cross-linked networks generate stretched polymers that connect graphene sheets. Our study is expected to give a suggestion to appropriate selection of materials for highly performance LGO nanocomposite.
Continuum damage mechanics modeling of composite laminates including transverse cracks 査読有り

Tomonaga Okabe, Sota Onodera, Yuta Kumagai, Yoshiko Nagumo

International Journal of Damage Mechanics　27　(6)　877-895　2018年
A study of stress concentrations around fiber breaks in unidirectional CF/epoxy composites using double-fiber fragmentation tests 査読有り

J. Watanabea, F. Tanakaa, R. Higuchib, H. Matsutania, H. Okudaa, T.Okabeb

Advanced Composite Materials　42　(3)　1-13　2018年
出版者・発行元：日本複合材料学会
ISSN：0385-2563
Multiscale modeling of free-surface effect on crack formation in unidirectional off-axis laminates 査読有り

Yuta Kumagai, Sota Onodera, Yoshiko Nagumo, Tomonaga Okabe, Kenichi Yoshioka

COMPOSITES PART A-APPLIED SCIENCE AND MANUFACTURING　98　(98)　136-146　2017年7月

DOI： 10.1016/j.compositesa.2017.03.016 　

ISSN：1359-835X

eISSN：1878-5840
Progressive failure under high-velocity impact on composite laminates: Experiment and phenomenological mesomodeling 査読有り

R. Higuchi, T. Okabe, A. Yoshimura, T. E. Tay

ENGINEERING FRACTURE MECHANICS　178　(178)　346-361　2017年6月

DOI： 10.1016/j.engfracmech.2017.03.019 　

ISSN：0013-7944

eISSN：1873-7315
Numerical simulation of progressive damage and failure in composite laminates using XFEM/CZM coupled approach 査読有り

R. Higuchi, T. Okabe, T. Nagashima

COMPOSITES PART A-APPLIED SCIENCE AND MANUFACTURING　95　(95)　197-207　2017年4月

DOI： 10.1016/j.compositesa.2016.12.026 　

ISSN：1359-835X

eISSN：1878-5840
Clustering Approach for Multidisciplinary Optimum Design of Cross-Linked Polymer 査読有り

Yutaka Oya, Gota Kikugawa, Tomonaga Okabe

MACROMOLECULAR THEORY AND SIMULATIONS　26　(2)　1600072　2017年3月

DOI： 10.1002/mats.201600072 　

ISSN：1022-1344

eISSN：1521-3919
Historical review of processing, microstructures, and mechanical properties of PAN-based carbon fibers

Fumihiko Tanaka, Tomonaga Okabe

Comprehensive Composite Materials II　66-85　2017年1月1日
出版者・発行元： Elsevier
DOI： 10.1016/B978-0-12-803581-8.09895-7 　
XFEM analysis of progressive damage and failure in CFRP laminates under in-plane and out-of-plane loading conditions

Ryo Higuchi, Tomonaga Okabe, Akinori Yoshimura, Toshio Nagashima

32nd Technical Conference of the American Society for Composites 2017　2　1020-1034　2017年
出版者・発行元： DEStech Publications Inc.
マイクロメカニクスに基づく複合材料積層板のトランスバースクラック進展解析

小野寺壮太, 南雲佳子, 岡部朋永

M&M材料力学カンファレンス　2017　(0)　OS1015　2017年
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会
DOI： 10.1299/jsmemm.2017.OS1015 　

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Polymer matrix composites (PMCs) that have high specific strength and specific rigidity have been used in aerospace fields. Fiber-reinforced composite laminates exhibit specific fracture processes such as transverse cracks (cracks in a direction parallel to the fiber), delamination, and breakage of the fiber. In these fracture processes, transverse cracking occurs in the earliest stage. Therefore, it is important to clarify the mechanical behavior of laminate including transverse cracks. To evaluate the relationship between the mechanical behavior of composite laminates and transverse cracking, we formulated the continuum damage mechanics model for predicting the stiffness reduction of composite laminates including transverse cracks and the transverse cracking progression model in laminate including 90° plies. For development of the present models, stress field model, which takes into account thermal residual strain for plies including transverse cracks, was formulated based on micromechanics. Then, the damage variable in the direction normal to the fiber of a ply including transverse cracks and the energy release rate associated with transverse cracking were calculated using stress field model for plies. Finally, we compared the results obtained from present models to those of the finite element analysis (FEA) and experiment results reported in previous studies. Consequently, present models could predict the FEA results and experiment results quantitatively.
重合メッシュ法による繊維強化複合材料の自由表面き裂解析

熊谷裕太, 南雲佳子, 岡部朋永

計算力学講演会講演論文集　2017　(0)　270-270　2017年
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会
DOI： 10.1299/jsmecmd.2017.30.270 　

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The effect of the stress field near the free-surface region of CFRP laminate on crack formation is investigated by multiscale analysis based on the mesh superposition method. Our multiscale approach consists of two finite-element analyses on different scale: local analysis considering microscopic structure of laminate, and global analysis assumed to be a homogeneous and anisotropic elasto-plastic body. Global analysis is performed to evaluate macroscopic deformation behavior of laminate. Local analysis is then conducted to predict crack formation in CFRP laminate, utilizing the displacement history obtained from the global analysis. Global analysis and local analysis are solved iteratively to obtain convergence results that reflect the interaction between macroscopic deformation and heterogeneity of CFRP. Our multiscale approach is applied to unidirectional CFRP laminates to evaluate the effect of the free surface on crack formation.
Multi-objective optimization for resin transfer molding process 査読有り

Tomonaga Okabe, Yutaka Oya, Go Yamamoto, Junki Sato, Tsubasa Matsumiya, Ryosuke Matsuzaki, Shigeki Yashiro, Shigeru Obayashi

COMPOSITES PART A-APPLIED SCIENCE AND MANUFACTURING　92　1-9　2017年1月

DOI： 10.1016/j.compositesa.2016.09.023 　

ISSN：1359-835X

eISSN：1878-5840
モンテカルロ法によるCFRP直交積層板のトランスバースクラック進展解析査読有り

小野寺壮太, 南雲佳子, 岡部朋永

日本複合材料学会誌　43　(4)　124-132　2017年
出版者・発行元：一般社団法人日本複合材料学会
DOI： 10.6089/jscm.43.124 　

ISSN：0385-2563

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In this study, the prediction of the progression of transverse cracking in laminates, including 90° plies, was discussed. A refined stress field (RSF) model was formulated that takes into account the thermal residual strain for plies, including transverse cracks, and the energy release rate associated with transverse cracking was calculated using this RSF model. For comparison, the energy release rate based on a continuum damage mechanics (CDM) model was also formulated. Next, the prediction for the progression of transverse cracking in carbon fiber-reinforced plastic (CFRP) cross-ply laminates, including 90° plies, based on both stress and energy criteria was implemented using Monte Carlo methods. The results showed that the RSF and CDM models proposed in this paper can predict the experiment results for the relationship between the transverse crack density and ply strain in 90° plies. The models presented in this paper can potentially be applied to any arbitrary laminate that includes 90° plies.
Prediction for progression of transverse cracking in CFRP cross-ply laminates using Monte Carlo method 査読有り

Sota Onodera, Yoshiko Nagumo, Tomonaga Okabe

ADVANCED COMPOSITE MATERIALS　26　(5)　477-491　2017年

DOI： 10.1080/09243046.2017.1325076 　

ISSN：0924-3046

eISSN：1568-5519
不完全界面接着を考慮した力学モデルの短繊維強化樹脂射出成形品による評価査読有り

井上良徳, 表竜二, 岡部朋永

日本複合材料学会誌　43　(3)　81-89　2017年
出版者・発行元：日本複合材料学会
DOI： 10.6089/jscm.43.81 　

ISSN：0385-2563
円孔を有する不連続炭素繊維強化熱可塑性プラスチックの引張強度予測査読有り

山本剛, 坂本鎌治, 岡部朋永, 橋本雅弘, 平野啓之

日本複合材料学会誌　43　(3)　104-111　2017年
出版者・発行元：日本複合材料学会
DOI： 10.6089/jscm.43.104 　

ISSN：0385-2563
Process design for heat fusion of thermoplastic composites using molecular dynamics and a response surface method 査読有り

Kento Takeuchi, Ryosuke Matsuzaki, Tomonaga Okabe, Yutaka Oya

ADVANCED COMPOSITE MATERIALS　25　33-49　2016年12月

DOI： 10.1080/09243046.2016.1216726 　

ISSN：0924-3046

eISSN：1568-5519
短繊維強化複合材料の等価剛性予測に対する不完全接着を考慮した力学モ査読有り

井上良徳, 井川泰爾, 岡部朋永

日本複合材料学会誌　42　(6)　220-227　2016年11月
出版者・発行元：一般社団法人日本複合材料学会
DOI： 10.6089/jscm.42.220 　

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Micromechanics models proposed by Nairn et al. and Hashin, which can treat imperfect bonded interfaces between fibers and matrix polymers, are evaluated to utilize the models for predicting accurate deformation of injection molded parts of short fiber reinforced thermoplastics. The treatment of the imperfect interfaces is essential to deal with a difference of the interface conditions which affect mechanical properties of the parts. In contrast, general micromechanics models, such as the Mori-Tanaka (MT) model, are not appropriate because a perfect bonded interface is assumed in the models. For the evaluation of the Nairn-Hashin (NH) models, we first compare the NH models with the MT model under the condition of the perfect interface. Elastic moduli calculated from the NH models almost agreed with that from the MT model. The NH models are then evaluated by using elastic moduli measured for randomly fiber-oriented films of short glass fiber reinforced polypropylene. By considering the imperfect interface parameters estimated from pull-out tests of a single glass fiber embedded in a polypropylene matrix, the NH models predicted the measured elastic moduli.
Tensile failure phenomena in carbon fibres 査読有り

Haruki Okuda, Robert J. Young, Fumihiko Tanaka, Jun Watanabe, Tomonaga Okabe

CARBON　107　474-481　2016年10月

DOI： 10.1016/j.carbon.2016.06.037 　

ISSN：0008-6223

eISSN：1873-3891
CFRPの層間靱性に及ぼすCNT添加の影響評価査読有り

吉岡健一, Felix NGUYEN, Swezin THAN TUN, 山本剛, 岡部朋永

日本複合材料学会誌　42　(5)　193-200　2016年9月
出版者・発行元：日本複合材料学会
DOI： 10.6089/jscm.42.193 　

ISSN：0385-2563

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In this study, two types of carbon nanotube (CNT) with different types of CNT alignment are used as an interlaminar toughener for carbon fiber reinforced plastics (CFRP) preparation, and effects of CNT addition on the interlaminar fracture toughness of CFRP are investigated. The effects of the interlaminar toughening by addition of a thermoplastic resins are also investigated in addition to the above-mentioned CNT loading. It is well known that the impact resistance, i.e., interlaminar fracture toughness, is one of the most important properties for the development of CFRP. Even though the improvement in the interlaminar fracture toughness have been reported by adding thermoplastic resin between CFRP layers, further research is needed for the development of CFRP with lightweight and improved interlaminar fracture toughness. On the basis of these backgrounds, in this study, the effects of the CNT addition (unidirectionally aligned and randomly oriented CNTs), number of CNT layers (25 and 100 plies), location of CNT layer and thermoplastic resin addition on the mode I and mode II interlaminar fracture toughness are explored.
Molecular dynamics simulation of crosslinked epoxy resins: Curing and mechanical properties

Tomonaga Okabe, Yutaka Oya, Koichi Tanabe, Gota Kikugawa, Kenichi Yoshioka

EUROPEAN POLYMER JOURNAL　80　78-88　2016年7月

DOI： 10.1016/j.eurpolymj.2016.04.019 　

ISSN：0014-3057

eISSN：1873-1945
動的陽解法有限要素法を用いた有孔CFRP 積層板および織物材の引張破壊シミュレーション査読有り

吉岡健一, 橋本雅弘, 樋口諒, 坂本鎌治, 宮地岳彦, 岡部朋永

日本複合材料学会誌　42　(4)　2016年7月

DOI： 10.6089/jscm.42.125 　
Numerical simulation of damage progression and fracture in structures made of 3D woven ceramic matrix composites 査読有り

R. Higuchi, T. Okabe, Y. Ohtake, T. Honda, Y. Ueda, S. Ogihara

ADVANCED COMPOSITE MATERIALS　25　(3)　209-227　2016年6月

DOI： 10.1080/09243046.2015.1075672 　

ISSN：0924-3046

eISSN：1568-5519
ダブルファイバーフラグメンテーション試験を用いた一方向C F / エポキシ複合材料の繊維破断部近傍における応力集中係数の検討査読有り

渡邉潤, 田中文彦, 樋口諒, 松谷浩明, 奥田治己, 岡部朋永

日本複合材料学会誌　42　(3)　89-97　2016年5月
出版者・発行元：日本複合材料学会
DOI： 10.6089/jscm.42.89 　

ISSN：0385-2563
分子動力学法を用いた積層グラフェンの構造特性解析査読有り

大矢豊大, 犬山恭介, 岡部朋永, 小柳潤, 松崎亮介

日本複合材料学会誌　42　(2)　76-81　2016年3月
出版者・発行元：日本複合材料学会
DOI： 10.6089/jscm.42.76 　

ISSN：0385-2563

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Characteristics of laminated graphene oxide (LGO) nanocomposite, expected for high functional composites, are known to be related to its microstructure. In this study, we investigated influences of both hydrogen-bonding and cross-linked network structures on initial stiffness and yield stress by molecular dynamics simulations. Our results showed each structure improved the mechanical properties, and the combination of these structures made the properties stronger. Moreover, we revealed the physical origin of the enhancement is caused by cross-linked networks generate stretched polymers that connect graphene sheets. Our study is expected to give a suggestion to appropriate selection of materials for highly performance LGO nanocomposite.
Numerical simulation of triaxial woven CFRP under tensile loading

Jun Koyanagi, Erina Imai, Ryo Higuchi, Akinori Yoshimura, Tomonaga Okabe, Satoru Yoneyama, Takahira Aoki

ECCM 2016 - Proceeding of the 17th European Conference on Composite Materials　2016年
出版者・発行元： European Conference on Composite Materials, ECCM
Optimization of heat fusion of thermoplastic resin by molecular dynamics and a response surface method

Kento Takeuchi, Ryosuke Matsuzaki, Tomonaga Okabe, Yutaka Oya

ECCM 2016 - Proceeding of the 17th European Conference on Composite Materials　2016年
出版者・発行元： European Conference on Composite Materials, ECCM
Progressive damage and failure analysis of composite laminates using XFEM/CZM coupled approach

R. Higuchi, T. Okabe, K. Yoshioka, T. Nagashima

Proceedings of the American Society for Composites - 31st Technical Conference, ASC 2016　2016年
出版者・発行元： DEStech Publications Inc.
Design Exploration of Non-crimp Fabric for Resin Transfer Molding by the GP using AIC and TOL 査読有り

Tomohiro Ishikawa, Ryosuke Matsuzaki, Tomonaga Okabe, Shigeki Yashiro

DESIGN, MANUFACTURING AND APPLICATIONS OF COMPOSITES　181-186　2016年
分子動力学法と応答曲面法による熱可塑性樹脂複合材料融着プロセスデザイン査読有り

竹内健都, 松崎亮介, 岡部朋永, 大矢豊大

日本複合材料学会誌　42　(2)　67-75　2016年
出版者・発行元：日本複合材料学会
DOI： 10.6089/jscm.42.67 　

ISSN：0385-2563

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The study worked out an efficient optimization of heat fusion conditions between thermoplastics using molecular dynamics (MD) and a response surface method. The heat fusion process between polypropylene (PP) and polyethylene (PE) and the uniaxial elongation for evaluation of the interfacial bonding strength were modeled by using coarse-grained MD simulation. To determine the optimal conditions of heat fusion, experimental points were selected on the basis of a central composite design, and a second-order polynomial response surface was created by setting temperature, pressure, and polymerization degree as explanatory variables and the strength of fused interface as the response. The obtained optimal solution under constrained conditions yielded the highest strength compared with other experimental points and random points.
一方向強化CFRP複合材の斜め方向引張試験における破断延性に関するマルチスケールモデリング査読有り

吉岡健一, 熊谷裕太, 樋口諒, Don yeon Lee

材料システム　40　(5)　227-237　2015年12月28日
Torsional modulus and internal friction of polyacrylonitrile- and pitch-based carbon fibers 査読有り

Masashi Ishikawa, Yasuo Kogo, Jun Koyanagi, Fumihiko Tanaka, Tomonaga Okabe

JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE　50　(21)　7018-7025　2015年11月

DOI： 10.1007/s10853-015-9254-z 　

ISSN：0022-2461

eISSN：1573-4803
Smoothed particle hydrodynamics in a generalized coordinate system with a finite-deformation constitutive model 査読有り

Shigeki Yashiro, Tomonaga Okabe

INTERNATIONAL JOURNAL FOR NUMERICAL METHODS IN ENGINEERING　103　(11)　781-797　2015年9月

DOI： 10.1002/nme.4906 　

ISSN：0029-5981

eISSN：1097-0207
The tensile strength of pan-based carbon fibres and nanostructure development

Haruki Okuda, Robert J. Young, Fumihiko Tanaka, Jun Watanabe, Tomonaga Okabe

ICCM International Conferences on Composite Materials　2015-　2015年
出版者・発行元： International Committee on Composite Materials
Onset of matrix cracking in fiber reinforced polymer composites: A historical review and a comparison between periodic unit cell analysis and analytic failure criteria 査読有り

Tomonaga Okabe, Yuta Kumagai, Ryo Higuchi, Masaaki Nishikawa

Advanced Structured Materials　64　299-317　2015年
出版者・発行元： Springer Verlag
DOI： 10.1007/978-3-319-19440-0_13 　

ISSN：1869-8441 1869-8433
ばね要素モデルを用いた一方向炭素繊維/エポキシ複合材料の引張強度予測査読有り

渡邉潤, 田中文彦, 松谷浩明, 奥田治己, 津田皓正, 樋口諒, 山本剛

材料システム　2015年
Experimental and numerical studies of initial cracking in CFRP cross-ply laminates 査読有り

T. Okabe, H. Imamura, Y. Sato, R. Higuchi, J. Koyanagi, R. Talreja

COMPOSITES PART A-APPLIED SCIENCE AND MANUFACTURING　68　81-89　2015年1月

DOI： 10.1016/j.compositesa.2014.09.020 　

ISSN：1359-835X

eISSN：1878-5840
Recent studies on numerical modelling of damage progression in fibre-reinforced plastic composites 査読有り

T. Okabe

Mechanical Engineering Reviews　2　(1)　1-11　2015年1月1日
出版者・発行元： The Japan Society of Mechanical Engineers
DOI： 10.1299/mer.14-00226 　

ISSN：2187-9753

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This review of previous studies on the damage and mechanical modelling of fibre-reinforced composite materials, especially carbon-fibre-reinforced plastic composites, is based on the findings of recent studies conducted in conjunction with other researchers. Studies that utilized various modelling scales, ranging from macroscopic to microscopic, are considered. The modelling of impact damage, ply cracks, ultimate tensile failure, the initiation of transverse ply cracks, the micro-mechanical properties of interfaces and molecular dynamics are specifically addressed. In addition, the scope for future work in the field is described.
Tensile strength distribution of carbon fibers at short gauge lengths 査読有り

J. Watanabe, F. Tanaka, H. Okuda, T. Okabe

ADVANCED COMPOSITE MATERIALS　23　(5-6)　535-550　2014年9月

DOI： 10.1080/09243046.2014.915120 　

ISSN：0924-3046

eISSN：1568-5519
Multiscale approach to predict crack initiation in unidirectional off-axis laminates 査読有り

Y. Sato, T. Okabe, R. Higuchi, K. Yoshioka

ADVANCED COMPOSITE MATERIALS　23　(5-6)　461-475　2014年9月

DOI： 10.1080/09243046.2014.915100 　

ISSN：0924-3046

eISSN：1568-5519
Experimental and SPH study of cold spray impact between similar and dissimilar metals 査読有り

A. Manap, O. Nooririnah, H. Misran, T. Okabe, K. Ogawa

SURFACE ENGINEERING　30　(5)　335-341　2014年6月

DOI： 10.1179/1743294413Y.0000000237 　

ISSN：0267-0844

eISSN：1743-2944
Factors controlling the strength of carbon fibres in tension 査読有り

Fumihiko Tanaka, Tomonaga Okabe, Haruki Okuda, Ian A. Kinloch, Robert J. Young

COMPOSITES PART A-APPLIED SCIENCE AND MANUFACTURING　57　88-94　2014年2月

DOI： 10.1016/j.compositesa.2013.11.007 　

ISSN：1359-835X

eISSN：1878-5840
Numerical simulation of out-of-plane impact and compression after impact test on CFRP laminates

Ryo Higuchi, Tomonaga Okabe, Kenichi Yoshioka

Proceedings of the American Society for Composites - 29th Technical Conference, ASC 2014; 16th US-Japan Conference on Composite Materials; ASTM-D30 Meeting　2014年
出版者・発行元： DEStech Publications
粒子法を用いた熱可塑性スタンパブルシートの流動シミュレーション査読有り

松谷浩明, 武田一朗, 橋本雅弘, 平野啓之, 岡部朋永

日本複合材料学会誌　40　(5)　227-237　2014年
出版者・発行元： JAPAN SOCIETY FOR COMPOSITE MATERIALS
DOI： 10.6089/jscm.40.227 　

ISSN：0385-2563

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Flow of stampable thermoplastic sheet developed by Toray was simulated with moving particle semi-implicit method. The method was improved by introducing implicit method into velocity calculation, simplifying pressure calculation, applying parallel computing and parameterizing walls. These improvements made the present method about 80 times faster than basic MPS method. And the quaternion was introduced to calculate rotation of fiber assumed to be rigid in three dimensions. Then, compression molding of circular plate and rib was simulated with this improved MPS method. In circular plate case, computational result showed a similar tendency to experiment that the random orientation of fibers was kept through compression. And in rib case, computational results also showed a similar tendency to experiments that sheet was driven into rib keeping ply order, and that resin rich was formed depending on fiber length. The traditional computational methods such as finite element method and finite difference method are not good at these analyses of fiber orientation and resin rich (heterogeneity), and it is confirmed that the particle method is useful for these analyses.
Micromechanical simulation of tensile failure of discontinuous fiber-reinforced polymer matrix composites using Spring Element Model 査読有り

Tomonaga Okabe, Toshiki Sasayama, Jun Koyanagi

COMPOSITES PART A-APPLIED SCIENCE AND MANUFACTURING　56　64-71　2014年1月

DOI： 10.1016/j.compositesa.2013.09.012 　

ISSN：1359-835X

eISSN：1878-5840
Numerical simulation of strain-rate dependent transition of transverse tensile failure mode in fiber-reinforced composites 査読有り

Jun Koyanagi, Yukihiro Sato, Toshiki Sasayama, Tomonaga Okabe, Satoru Yoneyama

COMPOSITES PART A-APPLIED SCIENCE AND MANUFACTURING　56　136-142　2014年1月

DOI： 10.1016/j.compositesa.2013.10.002 　

ISSN：1359-835X

eISSN：1878-5840
Investigation of the sp3 structure of carbon fibres using UV-Raman spectroscopy 査読有り

Fumihiko Tanaka, Daniel Wolverson, Tomonaga Okabe, Ian A. Kinloch, Robert J. Young

TANSO　259　(259)　1-5　2013年10月1日
出版者・発行元： THE CARBON SOCIETY OF JAPAN
DOI： 10.7209/tanso.2013.243 　

ISSN：0371-5345

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We have used UV-Raman spectroscopy to study the sp³ structure in polyacrylonitrile- and pitch-based carbon fibres with Young's modulus values in the range of 90-830 GPa. The composite microstructure of these carbon fibres comprises an amorphous carbon phase that transfers the load to a reinforcing graphite crystalline phase. The intensity ratio of the T, D and G Raman bands showed that the low modulus polyacrylonitrile-based carbon fibres (Young's modulus=200-300 GPa) contained 10-25% sp³ carbon, whereas the stiffer polyacrylonitrile-based carbon fibres (Young's modulus >350 GPa) contained ∼5% sp³ material. This result suggests that the proportion of sp³ carbon decreases as the amorphous structure is converted into a crystalline structure during the carbonization treatment, leading to the high performance fibres. This observation is consistent with our current understanding of the relationship between structure and mechanical properties in carbon fibres.
Curing reaction of epoxy resin composed of mixed base resin and curing agent: Experiments and molecular simulation 査読有り

Tomonaga Okabe, Tomohiro Takehara, Keisuke Inose, Noriyuki Hirano, Masaaki Nishikawa, Takuya Uehara

POLYMER　54　(17)　4660-4668　2013年8月

DOI： 10.1016/j.polymer.2013.06.026 　

ISSN：0032-3861

eISSN：1873-2291
The effect of nanostructure upon the compressive strength of carbon fibres 査読有り

Fumihiko Tanaka, Tomonaga Okabe, Haruki Okuda, Ian A. Kinloch, Robert J. Young

JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE　48　(5)　2104-2110　2013年3月

DOI： 10.1007/s10853-012-6984-z 　

ISSN：0022-2461
The effect of nanostructure upon the deformation micromechanics of carbon fibres 査読有り

Fumihiko Tanaka, Tomonaga Okabe, Haruki Okuda, Masafumi Ise, Ian A. Kinloch, Tsutomu Mori, Robert J. Young

CARBON　52　372-378　2013年2月

DOI： 10.1016/j.carbon.2012.09.047 　

ISSN：0008-6223
Initiation and progression of drilling damages on composite laminates

S. Park, M. Nishikawa, T. Okabe, N. Taked

28th Annual Technical Conference of the American Society for Composites 2013, ASC 2013　2　1038-1049　2013年
Prediction of failure properties of injection-molded short glass fiber-reinforced polyamide 6,6 査読有り

Toshiki Sasayama, Tomonaga Okabe, Yoshiteru Aoyagi, Masaaki Nishikawa

Composites Part A: Applied Science and Manufacturing　52　45-54　2013年

DOI： 10.1016/j.compositesa.2013.05.004 　

ISSN：1359-835X
Numerical simulation of microscopic flow in a fiber bundle using the moving particle semi-implicit method 査読有り

Tomonaga Okabe, Hiroaki Matsutani, Takashi Honda, Shigeki Yashiro

COMPOSITES PART A-APPLIED SCIENCE AND MANUFACTURING　43　(10)　1765-1774　2012年10月

DOI： 10.1016/j.compositesa.2012.05.003 　

ISSN：1359-835X
Prediction of tensile strength of discontinuous carbon fiber/polypropylene composite with fiber orientation distribution 査読有り

M. Hashimoto, T. Okabe, T. Sasayama, H. Matsutani, M. Nishikawa

COMPOSITES PART A-APPLIED SCIENCE AND MANUFACTURING　43　(10)　1791-1799　2012年10月

DOI： 10.1016/j.compositesa.2012.05.006 　

ISSN：1359-835X
有孔CFRP積層板のクリープ負荷後残存強度

小柳潤, 米山聡, 岡部朋永

実験力学 : journal of JSEM　12　(2)　81-87　2012年6月25日
出版者・発行元：日本実験力学会
DOI： 10.11395/jjsem.12.81 　

ISSN：1346-4930

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Residual strength after a creep loading is studied for open hole CFRP laminates. Accelerated tests are performed at the elevated temperatures. The test results show that the residual strengths are not always less than the static strength but sometimes greater than that, depending on the temperature. A digital image correlation (DIC) method is employed for the measurement of in-situ strain distribution around the open hole. DIC result implies splitting damage of loading directional layer has a role playing to enhance the residual strength after creep. Finite element analysis involving cohesive element is implemented in order to verify the splitting-induced residual strength enhancement. The cohesive element has time-dependent strength and toughness. Time-dependent internal damage propagation is thus analyzed. This study suggests the residual strength as a function of creep time once increases via stress-concentration mitigation by splitting damage and then decreases with time due to the degradation of material properties themselves.
Modeling the effect of statistical variations in length and diameter of randomly oriented CNTs on the properties of CNT reinforced nanocomposites 査読有り

S. C. Chowdhury, B. Z. (Gama) Hague, T. Okabe, J. W. Gillespie

COMPOSITES PART B-ENGINEERING　43　(4)　1756-1762　2012年6月

DOI： 10.1016/j.compositesb.2012.01.066 　

ISSN：1359-8368

eISSN：1879-1069
Damage detection in holed composite laminates using an embedded FBG sensor 査読有り

T. Okabe, S. Yashiro

COMPOSITES PART A-APPLIED SCIENCE AND MANUFACTURING　43　(3)　388-397　2012年3月

DOI： 10.1016/j.compositesa.2011.12.009 　

ISSN：1359-835X
Damage simulation of high-velocity impact of CFRP laminates

A. Yoshimura, K. Nagakura, T. Okabe, H. Kusano, T. Ogasawara, S. Ogihara

27th Annual Technical Conference of the American Society for Composites 2012, Held Jointly with 15th Joint US-Japan Conference on Composite Materials and ASTM-D30 Meeting　853-861　2012年
Numerical Analysis of Interfacial Bonding of Al-Si Particle and Mild Steel Substrate by Cold Spray Technique Using the SPH Method

MANAP Abreeza, OGAWA Kazuhiro, OKABE Tomonaga

Journal of Solid Mechanics and Materials Engineering　6　(3)　241-250　2012年
出版者・発行元： The Japan Society of Mechanical Engineers
DOI： 10.1299/jmmp.6.241 　

ISSN：1880-9871

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The deposition mechanism of the cold spray (CS) technique is investigated numerically using the smoothed particle hydrodynamics (SPH) method. The CS process is simulated by modeling the impact of a spherical Al-Si powder particle on a mild steel substrate. In this work, the adhesive interaction between the contacting surfaces is described by intersurface forces using the cohesive zone model. Simulation results show that successful bonding is achieved above the critical velocity, but rebound was observed at high velocities. This indicates that optimum deposition is achieved only within a certain range of particle velocities. The simulated deformed particle shape evolution and estimated critical velocity from other sources were compared and good agreement was obtained. The analyses demonstrate the feasibility of the presented SPH methodology and the adhesive interaction model for simulating the deformation behavior of CS particles.
Numerical simulation of microscopic damage and strength of fiber-reinforced plastic composites 査読有り

T. Okabe, T. Motani, M. Nishikawa, M. Hashimoto

ADVANCED COMPOSITE MATERIALS　21　(2)　147-163　2012年

DOI： 10.1080/09243046.2012.688495 　

ISSN：0924-3046
A periodic unit-cell simulation of fiber arrangement dependence on the transverse tensile failure in unidirectional carbon fiber reinforced composites 査読有り

T. Okabe, M. Nishikawa, H. Toyoshima

INTERNATIONAL JOURNAL OF SOLIDS AND STRUCTURES　48　(20)　2948-2959　2011年10月

DOI： 10.1016/j.ijsolstr.2011.06.012 　

ISSN：0020-7683
Flowability of unidirectionally arrayed chopped strands in compression molding 査読有り

I. Taketa, T. Okabe, H. Matsutani, A. Kitano

COMPOSITES PART B-ENGINEERING　42　(6)　1764-1769　2011年9月

DOI： 10.1016/j.compositesb.2011.01.021 　

ISSN：1359-8368
Estimation of fatigue damage in holed composite laminates using an embedded FBG sensor 査読有り

S. Yashiro, T. Okabe

Composites Part A　accepted　2011年9月

DOI： 10.1016/j.compositesa.2011.08.021 　
柔軟体衝突を受けるCFRP積層板の損傷解析査読有り

駒形大輔, 岡部朋永, 矢代茂樹, 吉村彰記, 小笠原俊夫

日本複合材料学会誌　37　(5)　掲載可-171　2011年9月
出版者・発行元： JAPAN SOCIETY FOR COMPOSITE MATERIALS
DOI： 10.6089/jscm.37.164 　

ISSN：0385-2563

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The application of composite laminates to fan blade of turbofan engine is demanded in order to reduce the fuel cost and the noise of aircrafts. Bird strike is one of the most important problems in the engineering application of fan blades. However, the soft-body impact damage on the composite laminates under high-velocity impact has not been clarified sufficiently due to their complexity. Therefore, it is necessary to understand the damage process of the composite materials under the soft-body impact. The current work presented the numerical simulation for soft-body impact using the SPH method to address the large deformation problem, and discussed the change of the failure mode of the composite laminates as a function of impact velocity. Especially, in order to simulate the realistic damage process in composite laminates, a novel approach for the separation of particles was introduced to the model. We confirmed that the numerical simulation was applicable in the soft-body impact problem by the agreement of contact pressure with the experimental results. Moreover, it was shown that the catastrophic failure of the composite laminates by the soft-body impact could be also predicted using this numerical simulation.
単糸分散炭素繊維による熱可塑性プレス基材の開発とその力学特性評価査読有り

橋本雅弘, 岡部朋永, 西川雅章

日本複合材料学会誌　37　(4)　138-146　2011年7月
出版者・発行元：日本複合材料学会
DOI： 10.6089/jscm.37.138 　

ISSN：0385-2563

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We have developed a novel stampable sheet composed of discontinuous carbon mono-fibers and thermoplastic resin for press molding of composite materials. This sheet enables in-plane random orientation and dispersion of carbon fibers in composites. Therefore, complexly shaped products, such as rib structures, are easily fabricated. Moreover, composites having superior mechanical properties can be obtained because the fiber length in composite is easily controlled to be long. This study addressed the effect of fiber length on strength and fracture modes of composites made of the sheet, using tensile tests and micromechanical analyses. To investigate the influential damage for the fracture mode, our analysis utilized Duva-Curtin model for fiber breakage. We incorporated this damage model into an equivalent inclusion model combined with the Mori-Tanaka theory to predict the tensile strength of the composites. The predicted results agreed well with those of the experiments when the fiber length and orientation in the composites were appropriately considered. Our analyses also indicated that 3 mm as the lower-limit fiber length in the composite, below which the damage mode is no longer dominated by fiber breakage and superior strength of the composites cannot be obtained.
Numerical Analysis of Interfacial Bonding of Aluminum Powder Particle and Aluminum Substrate by Cold Spray Technique using the SPH Method 査読有り

Abreeza Manap, Kazuhiro Ogawa, Tomonaga Okabe

Proceedings of the JSME/ASME 2011 ICMP2011　2011年6月
Damage simulation of CFRP laminates under high velocity projectile impact

A. Yoshimura, T. Okabe, M. Yamada, T. Ogasawara, Y. Tanabe

ICCM International Conferences on Composite Materials　2011年
A Numerical Approach for Injection Molding of Short-Fiber-Reinforced Plastics Using a Particle Method 査読有り

S. Yashiro, T. Okabe, K. Matsushima

ADVANCED COMPOSITE MATERIALS　20　(6)　503-517　2011年

DOI： 10.1163/092430411X584423 　

ISSN：0924-3046
High-velocity impact damage progress in CFRP laminates 査読有り

E. Oka, K. Ogi, A. Yoshimura, T. Okabe

ICCM International Conferences on Composite Materials　2011年
Computer simulation of cold sprayed deposition using smoothed particle hydrodynamics 査読有り

Abreeza Manap, Kazuhiro Ogawa, Tomonaga Okabe

Procedia Engineering　10　1145-1150　2011年

DOI： 10.1016/j.proeng.2011.04.190 　
Damage Growth Analysis in Particle-Reinforced Composite Using Cohesive Element 査読有り

Akinori Yoshimura, Tomonaga Okabe

ADVANCED COMPOSITE MATERIALS　20　(6)　569-583　2011年

DOI： 10.1163/156855111X610406 　

ISSN：0924-3046
Enhancement of strength and uniformity in unidirectionally arrayed chopped strands with angled slits

I. Taketa, N. Sato, A. Kitano, M. Nishikawa, T. Okabe

Composites Part A: Applied Science and Manufacturing　41　(11)　1639-1646　2010年11月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.compositesa.2010.07.010 　

ISSN：1359-835X
Molecular mechanics simulation of the sliding behavior between nested walls in a multi-walled carbon nanotube 査読有り

Yuan Li, Ning Hu, Go Yamamoto, Zhongchang Wang, Toshiyuki Hashida, Hiroshi Asanuma, Chensong Dong, Tomonaga Okabe, Masahiro Arai, Hisao Fukunaga

CARBON　48　(10)　2934-2940　2010年8月

DOI： 10.1016/j.carbon.2010.04.031 　

ISSN：0008-6223
Prediction of Tensile Strength of Unidirectional CFRP Composites 査読有り

T. Okabe, K. Ishii, M. Nishikawa, N. Takeda

ADVANCED COMPOSITE MATERIALS　19　(3)　229-241　2010年6月

DOI： 10.1163/092430409X12605406698273 　

ISSN：0924-3046
Micromechanics on the Rate-dependent Fracture of Discontinuous Fiber-reinforced Plastics 査読有り

T. Okabe, M. Nishikawa, N. Takeda

INTERNATIONAL JOURNAL OF DAMAGE MECHANICS　19　(3)　339-360　2010年4月

DOI： 10.1177/1056789509103649 　

ISSN：1056-7895

eISSN：1530-7921
Experimental characterization of high-speed impact damage behavior in a three-dimensionally woven SiC/SiC composite 査読有り

Keiji Ogi, Tomonaga Okabe, Manabu Takahashi, Shigeki Yashiro, Akinori Yoshimura, Toshio Ogasawara

Composites Part A: Applied Science and Manufacturing　41　(4)　489-498　2010年4月

DOI： 10.1016/j.compositesa.2009.12.005 　

ISSN：1359-835X
Effects of Vacancy Defects on the Interfacial Shear Strength of Carbon Nanotube Reinforced Polymer Composite 査読有り

Sanjib Chandra Chowdhury, Tomonaga Okabe, Masaaki Nishikawa

JOURNAL OF NANOSCIENCE AND NANOTECHNOLOGY　10　(2)　739-745　2010年2月

DOI： 10.1166/jnn.2010.1879 　

ISSN：1533-4880
Microstructure-dependent fatigue damage process in short fiber reinforced plastics 査読有り

M. Nishikawa, T. Okabe

INTERNATIONAL JOURNAL OF SOLIDS AND STRUCTURES　47　(3-4)　398-406　2010年2月

DOI： 10.1016/j.ijsolstr.2009.10.002 　

ISSN：0020-7683
Fatigue Simulation for Ti/GFRP Laminates using Cohesive Elements

T. Yamaguchi, T. Okabe, T. Kosaka

Advanced Composite Materials　19　(2)　107-122　2010年1月
出版者・発行元： Informa UK Limited
DOI： 10.1163/092430410x490428 　

ISSN：0924-3046

eISSN：1568-5519
一方向CFRPにおける界面特性が破壊強度に与える影響に関する数値シミュレーション査読有り

豊島広樹, 岡部朋永, 西川雅章, 橋本雅弘

日本機械学会論文集(A編)　76　(767)　876-883　2010年
出版者・発行元：
DOI： 10.1299/kikaia.76.876 　

ISSN：0387-5008
繊維強化プラスチックの破壊モード特性に関するマイクロメカニクス査読有り

岡部朋永, 茂谷尊, 西川雅章, 橋本雅弘

日本複合材料学会誌　35　(6)　256-265　2009年11月
出版者・発行元： JAPAN SOCIETY FOR COMPOSITE MATERIALS
DOI： 10.6089/jscm.35.256 　

ISSN：0385-2563

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Discontinuous fiber reinforced plastics have superior productivity and formability in comparison with continuous fiber reinforced plastics. However, their strengths are remarkably low. Thus there is an urgent need to establish a fundamental model in order to improve the strength of discontinuous fiber reinforced plastics. In the present work, we utilized numerical simulations that consider the microscopic damage in the composite and incorporate an individual constitutive law of thermosetting resin or thermoplastic resin. The fundamental mechanism that affected the strength and failure of the composite was investigated when the fiber length and/or matrix properties were varied from continuous glass fiber reinforced plastics to discontinuous glass fiber reinforced plastics. Our results clarified two factors that cause the strength degradation of discontinuous fiber reinforced plastics. One is the low yield stress of thermoplastic resin, which is frequently used for the matrix of discontinuous fiber reinforced plastics. As the other factor, the final failure mode is changed from fiber breaking mode to matrix cracking mode in the case of the low fiber volume fraction of discontinuous glass fiber reinforced plastics. Moreover, we investigated the relationship between fiber length and strength of carbon fiber reinforced polypropylene and the effect of thermoplastic matrix properties depending on the loading rate as well.
Numerical Simulation for Predicting Fatigue Damage Progress in Notched CFRP Laminates by Using Cohesive Elements 査読有り

Tomonaga OKABE, Shigeki YASHIRO

Journal of Solid Mechanics and Materials Engineering　11　(11)　1202-1211　2009年11月
出版者・発行元： The Japan Society of Mechanical Engineers
DOI： 10.1299/jmmp.3.1202 　

ISSN：1880-9871

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This study proposes the cohesive zone model (CZM) for predicting fatigue damage growth in notched carbon-fiber-reinforced composite plastic (CFRP) cross-ply laminates. In this model, damage growth in the fracture process of cohesive elements due to cyclic loading is represented by the conventional damage mechanics model. We preliminarily investigated whether this model can appropriately express fatigue damage growth for a circular crack embedded in isotropic solid material. This investigation demonstrated that this model could reproduce the results with the well-established fracture mechanics model plus the Paris' law by tuning adjustable parameters. We then numerically investigated the damage process in notched CFRP cross-ply laminates under tensile cyclic loading and compared the predicted damage patterns with those in experiments reported by Spearing et al. (Compos. Sci. Technol. 1992). The predicted damage patterns agreed with the experiment results, which exhibited the extension of multiple types of damage (e.g., splits, transverse cracks and delaminations) near the notches.
Fatigue simulation for titanium/CFRP hybrid laminates using cohesive elements 査読有り

T. Yamaguchi, T. Okabe, S. Yashiro

COMPOSITES SCIENCE AND TECHNOLOGY　69　(11-12)　1968-1973　2009年9月

DOI： 10.1016/j.compscitech.2009.04.020 　

ISSN：0266-3538
Strength improvement in unidirectional arrayed chopped strands with interlaminar toughening 査読有り

I. Taketa, T. Okabe, A. Kitano

COMPOSITES PART A-APPLIED SCIENCE AND MANUFACTURING　40　(8)　1174-1178　2009年8月

DOI： 10.1016/j.compositesa.2009.05.006 　

ISSN：1359-835X
結合力要素を用いたTi/GFRP 積層板の疲労損傷進展シミュレーション査読有り

山口拓真, 岡部朋永, 高坂達郎

日本複合材料学会誌　35　(4)　141-148　2009年7月

DOI： 10.6089/jscm.35.141 　
一方向不連続繊維CFRPの微視損傷形態と強度特性に関する周期セルシミュレーション査読有り

西川雅章, 岡部朋永, 武田展雄

日本複合材料学会誌　35　(4)　149-156　2009年7月
出版者・発行元：一般社団法人日本複合材料学会
DOI： 10.6089/jscm.35.149 　

ISSN：0385-2563

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This paper investigated the damage transition mechanism between the fiber-breakage mode and the fiber-avoiding crack mode when the fiber-length is reduced in the unidirectional discontinuous carbon-fiber-reinforced-plastics (CFRP) composites. The critical fiber-length for the transition is a key parameter for the manufacturing of flexible and high-strength CFRP composites with thermoset resin, because below this limit, we cannot take full advantage of the superior strength properties of fibers. For this discussion, we presented a numerical model for the microscopic damage and fracture of unidirectional discontinuous fiber-reinforced plastics. The model addressed the microscopic damage generated in these composites; the matrix cracking with continuum damage mechanics model and the fiber breakage with the Weibull model for fiber strengths. With this numerical model, the damage transition behavior was discussed when the fiber length was varied. The comparison revealed that the length of discontinuous fibers in composites influences the formation and growth of the cluster of fiber-end damage, which causes the damage mode transition. Since the composite strength is significantly reduced below the critical fiber-length for the transition to fiber-avoiding crack mode, we should understand the damage mode transition appropriately with the analysis on the mechanism of the cluster growth of fiber-end damage.
結合力要素を用いた分散形複合材料の損傷進展解析査読有り

吉村彰記, 岡部朋永

日本複合材料学会誌　35　(3)　112-119　2009年5月
出版者・発行元： JAPAN SOCIETY FOR COMPOSITE MATERIALS
DOI： 10.6089/jscm.35.112 　

ISSN：0385-2563

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The present paper proposes a simple numerical analytical method for crack extension simulation in the particle reinforced composite, and reveals the effect of crack extension on the macroscopic material properties of the particle reinforced composite. This numerical method is based on the homogenization method and Dugdale-type cohesive elements. In the present paper, we first present the formulation of the numerical model. We then verify the validity of the numerical model by comparing the simulated crack extension with the linear fracture mechanics. Finally we perform the crack extension simulation for the composite reinforced by spherical particle. We consider the inclusion crack and interfacial crack between inclusion and matrix. The analytical results reveal that the inclusion crack extends always unstably regardless of the size of initial crack, and the evolution of inclusion crack sharply decreases the apparent Young's modulus in the perpendicular direction to the crack surface and shear modulus in the out-of-plane direction of crack surface. The results also demonstrated that the interfacial crack always extends stably regardless of the size of initial crack, and the evolution of interfacial crack gradually degrades the stiffness in all direction.
疲労負荷におけるTi/GFRP円孔積層板の損傷進展挙動招待有り査読有り

中谷隼人, 高坂達郎, 逢坂勝彦, 澤田吉裕, 岡部朋永

材料　58　(5)　389-395　2009年5月

DOI： 10.2472/jsms.58.389 　

ISSN：0514-5163
Prediction of fatigue damage in holed composite laminates with embedded FBG sensors

A. Kadoya, S. Yashiro, T. Okabe

ICCM International Conferences on Composite Materials　2009年
出版者・発行元： International Committee on Composite Materials
Estimating fatigue damage in a CFRP laminate with a hole using an embedded FBG sensor

S. Yashiro, T. Okabe

12th International Conference on Fracture 2009, ICF-12　8　6160-6169　2009年
Periodic-Cell Simulations for the Microscopic Damage and Strength Properties of Discontinuous Carbon Fiber-Reinforced Plastic Composites

M. Nishikawa, T. Okabe, N. Takeda

Advanced Composite Materials　18　(1)　77-93　2009年1月1日
出版者・発行元： Informa UK Limited
DOI： 10.1163/156855108x399974 　

ISSN：0924-3046

eISSN：1568-5519
Effect of the Microstructure on the Fracture Mode of Short-Fiber Reinforced Plastic Composites

NISHIKAWA Masaaki, OKABE Tomonaga, TAKEDA Nobuo

Journal of Solid Mechanics and Materials Engineering　3　(8)　998-1009　2009年
出版者・発行元： The Japan Society of Mechanical Engineers
DOI： 10.1299/jmmp.3.998 　

ISSN：1880-9871

eISSN：1880-9871

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A numerical simulation was presented to discuss the microscopic damage and its influence on the strength and energy-absorbing capability of short-fiber reinforced plastic composites. The dominant damage includes matrix crack and/or interfacial debonding, when the fibers are shorter than the critical length for fiber breakage. The simulation addressed the matrix crack with a continuum damage mechanics (CDM) model and the interfacial debonding with an embedded process zone (EPZ) model. Fictitious free-edge effects on the fracture modes were successfully eliminated with the periodic-cell simulation. The advantage of our simulation was pointed out by demonstrating that the simulation with edge effects significantly overestimates the dissipative energy of the composites. We then investigated the effect of the material microstructure on the fracture modes in the composites. The simulated results clarified that the inter-fiber distance affects the breaking strain of the composites and the fiber-orientation angle affects the position of the damage initiation. These factors influence the strength and energy-absorbing capability of short fiber-reinforced composites.
Numerical Prediction of Fatigue Damage Progress in Holed CFRP Laminates Using Cohesive Elements

Shigeki YASHIRO, Tomonaga OKABE

Journal of Solid Mechanics and Materials Engineering　3　(11)　1212-1221　2009年
出版者・発行元： Japan Society of Mechanical Engineers
DOI： 10.1299/jmmp.3.1212 　

eISSN：1880-9871
A characterization study on high speed impact damage in CFRP laminates 査読有り

K. Ogi, S. Yashiro, T. Okabe, A. Yoshimura, T. Ogasawara

ICCM International Conferences on Composite Materials　2009年
GLS strength prediction of glass-fiber-reinforced polypropylene 査読有り

T. Okabe, M. Nishikawa

JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE　44　(1)　331-334　2009年1月

DOI： 10.1007/s10853-008-3144-6 　

ISSN：0022-2461
Effect of cross-links on the pullout of carbon nanotubes from amorphous polymer 査読有り

M. Nishikawa, T. Okabe, T. Honda

JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE　44　(1)　339-341　2009年1月

DOI： 10.1007/s10853-008-3127-7 　

ISSN：0022-2461
結合力要素を用いた切欠きを有するCFRPクロスプライ積層板の疲労損傷進展シミュレーション査読有り

岡部朋永, 矢代茂樹

日本機械学会論文集(A編)　75　(751)　304-309　2009年
出版者・発行元：
DOI： 10.1299/kikaia.75.304 　

ISSN：0387-5008
結合力要素を用いた有孔CFRP積層板の疲労損傷進展解析査読有り

矢代茂樹, 岡部朋永

日本機械学会論文集(A編)　75　(751)　310-315　2009年
出版者・発行元：
DOI： 10.1299/kikaia.75.310 　

ISSN：0387-5008
短繊維強化プラスチックの破壊モードに及ぼす材料微視構造の影響査読有り

西川雅章, 岡部朋永, 武田展雄

日本機械学会論文集(A編)　75　(751)　287-295　2009年
出版者・発行元：
DOI： 10.1299/kikaia.75.287 　

ISSN：0387-5008
Estimation of statistical strength distribution of Carborundum polycrystalline SiC fiber using the single fiber composite with consideration of the matrix hardening 査読有り

T. Okabe, M. Nishikawa, W. A. Curtin

COMPOSITES SCIENCE AND TECHNOLOGY　68　(15-16)　3067-3072　2008年12月

DOI： 10.1016/j.compscitech.2008.06.026 　

ISSN：0266-3538
A new compression-molding approach using unidirectionally arrayed chopped strands 査読有り

I. Taketa, T. Okabe, A. Kitano

COMPOSITES PART A-APPLIED SCIENCE AND MANUFACTURING　39　(12)　1884-1890　2008年12月

DOI： 10.1016/j.compositesa.2008.09.012 　

ISSN：1359-835X
A new cohesive model for simulating delamination propagation in composite laminates under transverse loads 査読有り

N. Hu, Y. Zemba, T. Okabe, C. Yan, H. Fukunaga, A. M. Elmarakbi

MECHANICS OF MATERIALS　40　(11)　920-935　2008年11月

DOI： 10.1016/j.mechmat.2008.05.003 　

ISSN：0167-6636

eISSN：1872-7743
Numerical modeling of progressive damage in fiber reinforced plastic cross-ply laminates 招待有り査読有り

T. Okabe, M. Nishikawa, N. Takeda

COMPOSITES SCIENCE AND TECHNOLOGY　68　(10-11)　2282-2289　2008年8月

DOI： 10.1016/j.compscitech.2008.04.021 　

ISSN：0266-3538
Micromechanical modeling of the microbond test to quantify the interfacial properties of fiber-reinforced composites 査読有り

M. Nishikawa, T. Okabe, K. Hemmi, N. Takeda

INTERNATIONAL JOURNAL OF SOLIDS AND STRUCTURES　45　(14-15)　4098-4113　2008年7月

DOI： 10.1016/j.ijsolstr.2008.02.021 　

ISSN：0020-7683
Micromechanics of the fragmentation process in single-fiber composites 査読有り

M. Nishikawa, T. Okabe, N. Takeda, W. A. Curtin

MODELLING AND SIMULATION IN MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING　16　(5)　055009　2008年7月

DOI： 10.1088/0965-0393/16/5/055009 　

ISSN：0965-0393
Determination of interface properties from experiments on the fragmentation process in single-fiber composites 査読有り

M. Nishikawa, T. Okabe, N. Takeda

MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING A-STRUCTURAL MATERIALS PROPERTIES MICROSTRUCTURE AND PROCESSING　480　(1-2)　549-557　2008年5月

DOI： 10.1016/j.msea.2007.07.067 　

ISSN：0921-5093
繊維強化セラミックスの破断ひずみに界面特性がおよぼす効果査読有り

山下耕司, 岡部朋永

材料　57　(5)　448-453　2008年5月

DOI： 10.2472/jsms.57.448 　

ISSN：0514-5163
Nondestructive evaluation of holed CFRP laminates by a new technique to visualize propagation of ultrasonic waves 査読有り

S.Yashiro, J.Takatsubo, N.Toyama, T.Okabe, N.Takeda

Journal of Solid Mechanics and Materials Engineering　2　(3)　333-341　2008年3月
出版者・発行元： The Japan Society of Mechanical Engineers
DOI： 10.1299/jmmp.2.333 　

ISSN：1880-9871

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This study investigated damage detection in holed CFRP laminates by using a newly developed technique for visualizing ultrasonic waves. This technique provided a moving diagram of propagating waves with non-contact scanning by a pulsed laser. Its measurement scheme overcame the difficulties of sensitivity in conventional methods and enabled us to observe ultrasonic waves on CFRP laminates. We observed two types of ultrasonic waves propagating on the CFRP laminate in the measured snapshots. These waves were identified as the S₀ and the A₀ Lamb modes by the dispersion curves, confirming the validity of the visualization technique for composite laminates. Furthermore, ply cracks and delamination, as well as the damage during manufacturing, were observed near the hole in the loaded specimens, and we successfully visualized the Lamb waves scattered by the delamination. The region of wave scattering agreed with the damage observed by soft X-ray radiography. These inspection results demonstrated the usefulness of the visualization technique in inspecting composite laminates.
Low-velocity impact and fatigue response of Ti/GFRP laminates

Hayato Nakatani, Tatsuro Kosaka, Jun Oki, Katsuhiko Osaka, Yoshihiro Sawada, Tomonaga Okabe

Progress of Composites 2008 in Asia and Australasia - Proceedings of the 6th Asian-Australasian Conference on Composite Materials, ACCM 2008　168-171　2008年
Damage extension simulation in particle reinforced composite by using cohesive element

Akinori Yoshimura, Tomonaga Okabe

Advanced Composites for Efficiency and Environment - The US-Japan Conference on Composite Materials 2008, US-Japan 2008　2008年
Impact and fatigue damages of Ti/GFRP laminates

Hayato Nakatani, Tatsuro Kosaka, Jun Oki, Katsuhiko Osaka, Yoshihiro Sawada, Tomonaga Okabe

Advanced Composites for Efficiency and Environment - The US-Japan Conference on Composite Materials 2008, US-Japan 2008　2008年
Effect of thermal shock on ballistic impact damage in ceramic matrix composites 査読有り

Keiji Ogi, Shigeki Yashiro, Tomonaga Okabe, Akinori Yoshimura, Toshio Ogasawara

Advanced Composites for Efficiency and Environment - The US-Japan Conference on Composite Materials 2008, US-Japan 2008　2008年
一方向CFRP 複合材料の引張強度予測査読有り

岡部朋永, 石井健介, 西川雅章, 武田展雄

日本複合材料学会誌　33　(6)　205-212　2007年11月

DOI： 10.6089/jscm.33.205 　
Prediction of buckling characteristics of carbon nanotubes 査読有り

N. Hu, K. Nunoya, D. Pan, T. Okabe, H. Fukunaga

INTERNATIONAL JOURNAL OF SOLIDS AND STRUCTURES　44　(20)　6535-6550　2007年10月

DOI： 10.1016/j.ijsolstr.2007.02.043 　

ISSN：0020-7683

eISSN：1879-2146
結合力要素を用いた単繊維複合材料中の微視的損傷に関する有限要素解析査読有り

西川雅章, 岡部朋永, 武田展雄

日本複合材料学会誌　33　(5)　170-177　2007年9月
出版者・発行元： JAPAN SOCIETY FOR COMPOSITE MATERIALS
DOI： 10.6089/jscm.33.170 　

ISSN：0385-2563

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This paper numerically investigates the microscopic damage in a single-fiber composite (SFC). A cohesive zone model (CZM) is presented to investigate the typical microscopic damages observed in the SFC. The CZM clarifies that the behavior of interfacial debonding, which influences significantly on the axial stress recovery of the embedded fiber, is greatly affected by matrix plasticity and cracking. We conduct a Monte-Carlo simulation for the fragmentation of the embedded fiber. The Monte-Carlo simulation demonstrates that these microscopic damages are important factors in the fragmentation of the embedded fiber. These simulated results are also compared with analytical models. These discussions reveal that the fragmentation process in an embedded fiber is controlled by the cohesive parameters of the fiber/matrix interface.
Numerical simulation of interlaminar damage propagation in CFRP cross-ply laminates under transverse loading 査読有り

Masaaki Nishikawa, Tomonaga Okabe, Nobuo Takeda

INTERNATIONAL JOURNAL OF SOLIDS AND STRUCTURES　44　(10)　3101-3113　2007年5月

DOI： 10.1016/j.ijsolstr.2006.09.007 　

ISSN：0020-7683

eISSN：1879-2146
Damage identification in a holed CFRP laminate using a chirped fiber Bragg grating sensor 査読有り

S. Yashiro, T. Okabe, N. Takeda

COMPOSITES SCIENCE AND TECHNOLOGY　67　(2)　286-295　2007年2月

DOI： 10.1016/j.compscitech.2006.08.004 　

ISSN：0266-3538
Influence of Matrix Plasticity on Local Stress Concentrations Near Loaded Fiber Breaks

OKABE Sayaka, OHNO Nobutada, OKABE Tomonaga

Journal of Solid Mechanics and Materials Engineering　1　(1)　102-113　2007年
出版者・発行元： The Japan Society of Mechanical Engineers
DOI： 10.1299/jmmp.1.102 　

ISSN：1880-9871

eISSN：1880-9871

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This study deals with analytically evaluating the stress concentrations near loaded and initial fiber breaks in unidirectional composites with matrix yielding and interfacial sliding. To this end, by performing a detailed 3D finite element analysis, it is demonstrated that significant nonproportional straining occurs in the matrix near loaded fiber breaks in contrast to initial breaks, and that such nonproportional straining induces almost elastic developments of matrix shear stress near loaded fiber breaks. Then, the 3D shear-lag closed-form solution derived by the present authors, which is modified so as to be effective over a wide range of fiber volume fractions, is shown to be applicable to loaded, as well as initial, fiber breaks, provided the matrix shear modulus in the solution is prescribed by taking account of the nonproportional straining. It is thus demonstrated that the nonproportional straining in the matrix can lower the stress concentrations near loaded fiber breaks in the presence of matrix yielding.
Numerical study for identifying damage in open-hole composites with embedded FBG sensors and its application to experiment results

S. Yashiro, K. Murai, T. Okabe, N. Takeda

Advanced Composite Materials　16　(2)　115-134　2007年1月
出版者・発行元： Informa UK Limited
DOI： 10.1163/156855107780918946 　

ISSN：0924-3046

eISSN：1568-5519
Monitoring damage in holed CFRP laminates using embedded chirped FBG sensors 査読有り

S. Yashiro, T. Okabe, N. Toyama, N. Takeda

INTERNATIONAL JOURNAL OF SOLIDS AND STRUCTURES　44　(2)　603-613　2007年1月

DOI： 10.1016/j.ijsolstr.2006.05.004 　

ISSN：0020-7683
Computer simulation of carbon nanotube pull-out from polymer by the molecular dynamics method 査読有り

S. C. Chowdhury, T. Okabe

COMPOSITES PART A-APPLIED SCIENCE AND MANUFACTURING　38　(3)　747-754　2007年

DOI： 10.1016/j.compositesa.2006.09.011 　

ISSN：1359-835X
超音波伝ぱの可視化による有孔CFRP積層板中の層間はく離検出査読有り

矢代茂樹, 高坪純治, 遠山暢之, 岡部朋永, 武田展雄

日本機械学会論文集(A編)　72　(724)　1882-1887　2006年12月
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会
DOI： 10.1299/kikaia.72.1882 　

ISSN：0387-5008

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This study applied a newly developed technique for visualizing ultrasonic waves to damage detection in holed CFRP laminates. This technique provided a moving diagram of propagating waves with the use of a pulsed laser for generation scanning a specimen and a fixed transducer for reception. Multiple types of damage (i.e. splits, transverse cracks and delamination), as well as delamination during processing, were observed near the hole in the loaded specimens by soft X-ray radiography. The specimens were then inspected by visualizing the propagation of ultrasonic waves. The S₀ and A₀ Lamb modes were visualized on the CFRP cross-ply laminate. Furthermore, we successfully detected delamination near the hole through the appearance of scattered waves. These inspection results agreed well with that by soft X-ray radiography, and consequently confirmed the usefulness of the technique for visualizing ultrasonic waves in inspection for composite laminates.
埋め込みFBGセンサを用いた有孔積層板の損傷同定に関する数値解析および実験結果への適用査読有り

矢代茂樹, 村井一恵, 岡部朋永, 武田展雄

日本複合材料学会誌　32　(5)　208-217　2006年10月
出版者・発行元： JAPAN SOCIETY FOR COMPOSITE MATERIALS
DOI： 10.6089/jscm.32.208 　

ISSN：0385-2563

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This study proposes two new approaches for estimating the damage patterns in a holed CFRP cross-ply laminate using an embedded fiber Bragg grating (FBG) sensor. It was experimentally confirmed that the reflection spectrum from the embedded FBG sensor drastically changed as the damage near the hole, i.e. splits, transverse cracks and delamination, extended. The damage patterns were predicted using forward analysis (a damage analysis and an optical analysis) with strain estimation and the proposed damage-identification method as well as the forward analysis only. The forward analysis with the strain estimation then to be yielding the best prediction from the viewpoint of the accuracy in estimating the damage pattern and the computational efficiency. Furthermore, the proposed damage identification achieved a significant reduction in the computational time and the equivalent accuracy compared to the conventional identification procedure, adopting the damage pattern obtained by the damage analysis as the initial estimation.
縫合CFRP積層材の引張負荷下における損傷進展挙動査読有り

吉村彰記, 矢代茂樹, 岡部朋永, 武田展雄

日本複合材料学会誌　32　(5)　198-207　2006年10月
出版者・発行元： JAPAN SOCIETY FOR COMPOSITE MATERIALS
DOI： 10.6089/jscm.32.198 　

ISSN：0385-2563

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This study investigated the tensile damage progress in stitched laminates experimentally and numerically. Particularly, the effects of stitching on the damage progress was focused. First, it was experimentally confirmed that ply cracks and delamination appeared under loading regardless of the stitching. We then performed damage extension simulation for stitched laminate using a layer. wise finite element model with beam elements as stitch threads, in which the damage (ply cracks and delamination) was represented by cohesive elements. The detailed comparison between the observa-tion and the simulated results confirmed that stitching has few effects on the onset and the accumula-tion of the ply cracks. Furthermore, we demonstrated that the stitch threads significantly suppresses the extension of the delamination.
面外負荷を受けるCFRP直交積層板の層間はく離進展シミュレーション査読有り

西川雅章, 岡部朋永, 武田展雄

日本機械学会論文集(A編)　72　(720)　1246-1253　2006年8月
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会
DOI： 10.1299/kikaia.72.1246 　

ISSN：0387-5008

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This paper proposes a numerical simulation for the interlaminar damage propagation in FRP laminates under transverse loading, using finite element method. First, we conduct drop-weight impact tests on CFRP cross-ply laminates. A ply crack was generated at the center of the lowermost ply, and then a peanut-shaped interlaminar delamination was propagated in 90/0 ply interface. Based on these experimental observations, we present a numerical simulation for the interlaminar damage propagation, using cohenive zone model to address the energy-based criterion for damage propagation. Moreover, this simulation addresses interlaminar delamination with high accuracy by locating a fine mesh region near the damage process zone, while its computational efficiency is kept by the use of an automatic mesh generation. The simulated results of interlaminar delamination agree well with the experimental results. Moreover, we showed that the computational cost for the simulation is dramatically reduced by the proposed method.
FRP直交積層板における損傷進展を対象とした数値シミュレーション査読有り

岡部朋永, 西川雅章, 武田展雄

日本機械学会論文集(A編)　72　(720)　1254-1261　2006年8月
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会
DOI： 10.1299/kikaia.72.1254 　

ISSN：0387-5008

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This paper proposes a numerical simulation based on finite element analysis (FEA) for the tensile damage and final failure in FRP cross-ply larninates. The simulation addresses multiple damage (transverse cracks, interlaminar delaminations, fiber breaks) simultaneously for the tensile failure process of cross-ply laminates. Transverse cracks are addressed as initial damage in 90°ply of cross-ply laminates by the cohenive zone model (CZM). The interlaminar delamination at the tips of those transverse cracks are addressed by aligning cohesive elements between 0°ply and 90°ply. Moreover, the fiber breaks in 0°ply are addressed by truss elements, which represent fibers in 0°ply. The simulated results of tensile damage evolution agree well with the experimental results. Especially, our simulation could reproduce a staggered pattern of transverse cracks and interlaminar delarninations at the tips of transverse cracks in [90/0] s cross-ply laminates.
Estimation of the damage patterns in notched laminates with embedded FBG sensors 招待有り査読有り

N Takeda, S Yashiro, T Okabe

COMPOSITES SCIENCE AND TECHNOLOGY　66　(5)　684-693　2006年5月

DOI： 10.1016/j.compscitech.2005.07.039 　

ISSN：0266-3538
Effect of matrix hardening on the tensile strength of alumina fiber-reinforced aluminum matrix composites 査読有り

T Okabe, M Nishikawa, N Takeda, H Sekine

ACTA MATERIALIA　54　(9)　2557-2566　2006年5月

DOI： 10.1016/j.actamat.2006.01.044 　

ISSN：1359-6454
Structural health monitoring of cracked aircraft panels repaired with bonded patches using fiber Bragg grating sensors 査読有り

H Sekine, SE Fujimoto, T Okabe, N Takeda, T Yokobori

APPLIED COMPOSITE MATERIALS　13　(2)　87-98　2006年3月

DOI： 10.1007/s10443-006-9011-1 　

ISSN：0929-189X
Monitoring of interfacial crack growth of stiffened panel with embedded fiber Bragg grating sensors

T. Okabe, H. Sekine

Proceedings of the 3rd European Workshop - Structural Health Monitoring 2006　236-243　2006年
506 埋め込みチャープFBGセンサを用いた有孔CFRP積層板の無負荷における損傷同定(OS1(2) 微視構造を有する材料の変形と破壊複合材料の特性評価と解析)

矢代茂樹, 岡部朋永, 武田展雄

材料力学部門講演会講演論文集　2006　269-270　2006年
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会
DOI： 10.1299/jsmezairiki.2006.0_269 　
A strength reliability model of unidirectional fiber-reinforced ceramic matrix composites by Markov process 査読有り

Koichi Goda, Tomonaga Okabe, Nobuo Takeda

ADVANCED COMPOSITE MATERIALS　15　(3)　263-285　2006年

DOI： 10.1163/156855106778392089 　

ISSN：0924-3046
Stiffness evaluation and damage identification in composite beam under tension using Lamb waves 招待有り査読有り

N Toyama, S Yashiro, J Takatsubo, T Okabe

ACTA MATERIALIA　53　(16)　4389-4397　2005年9月

DOI： 10.1016/j.actamat.2005.05.043 　

ISSN：1359-6454
[90/0]sGFRP直交積層材の損傷進展挙動査読有り

野田淳二, 岡部朋永, 武田展雄, 清水真佐男

日本複合材料学会誌　31　(3)　112-119　2005年5月
出版者・発行元： JAPAN SOCIETY FOR COMPOSITE MATERIALS
DOI： 10.6089/jscm.31.112 　

ISSN：0385-2563

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We investigated the damage process of GFRP cross-ply laminates which have outer-ply 90° plies (e.g. [90/0]_s). While [0/90]_s laminates form symmetric cracks, staggered cracks occur in [90/0]_s laminates. To simulate the failure process of [90/0]_s laminates, we proposed a numerical model based on the finite element method. In this model, we used cohesive elements to simulate the occurrence and the propagation of ply cracks and delaminations. We found that simulated results agreed well with the experimental data. We confirmed the validity of the numerical model for the damage process of [90/0]_s laminates.
Numerical method for failure simulation of unidirectional fiber-reinforced composites with spring element model 査読有り

T Okabe, H Sekine, K Ishii, M Nishikawa, N Takeda

COMPOSITES SCIENCE AND TECHNOLOGY　65　(6)　921-933　2005年5月

DOI： 10.1016/j.compscitech.2004.10.030 　

ISSN：0266-3538
個々の要素損傷をマルコフ過程で表現したセラミックス基繊維強化複合材料の強度信頼性モデル査読有り

合田公一, 岡部朋永

日本機械学会論文集（A編）　71　(706)　919-927　2005年5月
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会
DOI： 10.1299/kikaia.71.919 　

ISSN：0387-5008

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A new strength reliability model of fiber-reinforced ceramic matrix composites is proposed, in which both the processes of multiple matrix cracks and fiber breaks are taken into account, based on Markov process model. It is assumed that damages due to the cracks and breaks accumulate discretely and independently in the composite in accordance with change in transition probabilities with an increase in matrix and fiber stresses, respectively. Both the processes were finally described by simultaneous ordinary different equations, and the probabilities being in states were solved numerically. The results show that, first, the proposed reliability model can predict means and variances in fiber and matrix stresses, with an increase in strain. Next, this model predicts well strength data, obtained experimentally from various ceramic matrix composites. In addition, when the composite stress is subject to the mixed rule, the mean and variance in the composite stress can be obtained from the first-order second-moment method. The analyzed stress-strain curve of the composite can be simulated well, as been in actual behavior. According to this modeling, combination of large scatter matrix strength to small scatter fiber strength, brings an increase in strength of the composites.
切欠底の疲労強度の確率的変動に注目した高強度鋼切欠材の疲労強度特性に関する研究査読有り

深沢剣吾, 渋谷正樹, 岡部朋永, 清水真佐男, 川嵜一博

日本機械学会論文集（A編）　71　(704)　623-629　2005年4月
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会
DOI： 10.1299/kikaia.71.623 　

ISSN：0387-5008

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This study was conducted to examine how and why a difference of fatigue strengths between unnotched and notched specimens, in terms of maximum stress amplitude at the notch bottom, depends on the change of hardness level in steel. As a result, the local fatigue strength of the notch bottom in the notched specimen became higher than that of the un-notched one with increase of notch sharpness and this was remarkable in high strength steel. This is because the transition of the fatigue fracture mode occurs from a slip induced crack initiation mode to a defect controled one with increasing hardness in steel. In addition, using a new experimental approach combined with a simulation technique based on the concept of risk competition of defects, a computer simulation was conducted on an effect of inclusion on the local fatigue strength at the notch bottom of high strength steel. It was clarified that the difference of fatigue strength between notched and un-notched specimens in high strength steel was caused by the statistical variation of the largest inclusion size contained in the critical volume at the notch bottom.
A new approach to predicting multiple damage states in composite laminates with embedded FBG sensors 査読有り

S Yashiro, N Takeda, T Okabe, H Sekine

COMPOSITES SCIENCE AND TECHNOLOGY　65　(3-4)　659-667　2005年3月

DOI： 10.1016/j.compscitech.2004.09.022 　

ISSN：0266-3538
「複合材料のマイクロメカニクス・損傷解析の最新動向」の連載を始めるにあたって

岡部朋永

日本複合材料学会誌 = Journal of the Japan Society for Composite Materials　31　(1)　5-5　2005年1月15日
出版者・発行元： JAPAN SOCIETY FOR COMPOSITE MATERIALS
DOI： 10.6089/jscm.31.5 　

ISSN：0385-2563
1743 負荷後繊維破断による局所的応力集中に及ぼす母材の塑性変形の影響(S16-4 複合材料(2),S16 先進材料の強度・機能評価とメゾメカニックス)

岡部沙也佳, 大野信忠, 岡部朋永

年次大会講演論文集　2005　389-390　2005年
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会
DOI： 10.1299/jsmemecjo.2005.1.0_389 　

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In this study, stress concentrations near loaded and initial fiber breaks are analyzed for unidirectional composites with matrix yielding and interfacial sliding. To this end, by performing detailed 3D finite element analysis, it is demonstrated that significant nonproportional stressing occurs in the matrix near loaded fiber breaks in contrast to initial breaks, and that the nonproportional stressing induces almost elastic shear deformation in the matrix outside the first nearest-neighbor fibers of loaded fiber breaks. Then, the 3D shear-lag analytical solution derived by the present authors is modified to be applicable to low fiber volume fractions and is employed to discuss how the nonproportional stressing in the matrix influences the stress concentrations near loaded fiber breaks. The 3D analytical solution is shown to be applicable to loaded, as well as initial, fiber breaks, if the matrix shear modulus in the solution is prescribed by taking account of the nonproportional stressing. It is thus concluded that the nonproportional stressing in the matrix may considerably lower the stress concentrations near loaded fiber breaks.
負荷後繊維破断による局所応力集中に及ぼす母材の塑性変形の影響招待有り査読有り

岡部沙也佳, 大野信忠, 岡部朋永

日本機械学会論文集（A編）　71　(710)　1340-1347　2005年
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会
DOI： 10.1299/kikaia.71.1340 　

ISSN：0387-5008

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In this study, stress concentrations near loaded and initial fiber breaks are analyzed for unidirectional composites with matrix yielding and interfacial sliding. To this end, by performing detailed 3D finite element analysis, it is demonstrated that significant nonproportional stressing occurs in the matrix near loaded fiber breaks in contrast to initial breaks, and that the nonproportional stressing induces almost elastic shear deformation in the matrix outside the first nearest-neighbor fibers of loaded fiber breaks. Then, the 3D shear-lag analytical solution derived by the present authors is modified to be applicable to low fiber volume fractions and is employed to dicuss how the nonproportional stressing in the matrix influences the stress concentrations near loaded fiber breaks. The 3D analytical solution is shown to be applicable to loaded, as well as initial, fiber breaks, if the matrix shear modulus in the solution is prescribed by taking account of the nonproportional stressing. It is thus concluded that the nonproportional stressing in the matrix may considerably lower the stress concentrations near loaded fiber breaks.
Effects of tensile strain and transverse cracks on Lamb-wave velocity in cross-ply FRP laminates 査読有り

N Toyama, T Okabe

JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE　39　(24)　7365-7367　2004年12月

DOI： 10.1023/B:JMSC.0000048752.28719.3a 　

ISSN：0022-2461
Characterization of tensile damage and strength in GFRP cross-ply laminates 査読有り

T Okabe, H Sekine, J Noda, M Nishikawa, N Takeda

MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING A-STRUCTURAL MATERIALS PROPERTIES MICROSTRUCTURE AND PROCESSING　383　(2)　381-389　2004年10月

DOI： 10.1016/j.msea.2004.05.060 　

ISSN：0921-5093
GFRP直交積層材の損傷進展挙動査読有り

野田淳二, 岡部朋永, 武田展雄, 清水真佐男

日本機械学会論文集（A編）　70　(698)　1364-1369　2004年10月
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会
DOI： 10.1299/kikaia.70.1364 　

ISSN：0387-5008

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The failure process of GFRP cross-ply laminates (up to final failure) is studied. In situ observations of ply cracks during tensile tests are carried out to obtain the damage process of the cross-ply laminates. Based on these experimental results, we propose a numerical simulation to investigate the damage process. In the present model, a ply crack is expressed by the cohesive element. Consequently, the stress-strain relationship and the density of ply cracks are simulated by choosing the strength and the critical energy release rate of the cohesive element.
Stress concentrations near a fiber break in unidirectional composites with interfacial slip and matrix yielding 査読有り

N Ohno, S Okabe, T Okabe

INTERNATIONAL JOURNAL OF SOLIDS AND STRUCTURES　41　(16-17)　4263-4277　2004年8月

DOI： 10.1016/j.ijsolstr.2004.03.018 　

ISSN：0020-7683
繊維破断を有する一方向長繊維強化複合材における局所的応力集中に対する解析解査読有り

岡部沙也佳, 大野信忠, 岡部朋永

日本機械学会論文集（A編）　70　(691)　464-471　2004年3月
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会
DOI： 10.1299/kikaia.70.464 　

ISSN：0387-5008

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In this study, two analytical solutions are obtained for the stress profiles in the fibers neighboring to a broken fiber in unidirectional composites. To this end, a hexagonal fiber array model containing a broken fiber is considered to derive differential equations based on a shear lag concept, in which matrix plasticity is simply taken into account by means of plastic secant modulus. It is thus shown that all affecting material parameters are consolidated into a characteristic value if a bilinear stress profile prevails in the broken fiber due to significant interfacial sliding. The governing equations are then analytically solved by assuming negligible stress concentrations in the second and third nearest neighbor fibers, respectively. The resulting two analysical solutions are verified by solving more generally the governing equations using a finite difference method. The solutions are, moreover, compared with 3D finite element analysis published in recent literatures, leading to the soundness of the present solutions and the effectiveness of the characteristic value.
破断繊維を有する複合材の局所的応力集中に対する解析解 : FEMによる検討(OS4-3 力学モデル,OS4 微視構造を有する材料の変形と破壊)

岡部沙也佳, 須賀洋文, 大野信忠, 岡部朋永

材料力学部門講演会講演論文集　2004　385-386　2004年
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会
DOI： 10.1299/jsmezairiki.2004.0_385 　
埋め込みFBGセンサによるCFRP積層板の応力集中部に発生する複数損傷の同定(OS1-1 光ファイバセンサ,OS1 構造ヘルスモニタリング)

岡部朋永, 関根英樹, 矢代茂樹, 武田展雄

材料力学部門講演会講演論文集　2004　283-284　2004年
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会
DOI： 10.1299/jsmezairiki.2004.0_283 　

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This study proposes a new approach to identify the multiple damage state around a circular hole in a composite laminate using embedded Fiber Bragg Grating (FBG) sensors. FBG sensors are sensitive to a non-uniform strain distribution along their longitudinal direction, and the effects appear in the power spectrum of the reflected light from the gage section. In this study, we propose a numerical model to predict both the damage process of the laminate and the change of the reflection spectrum from the FBG sensor. Then, we represent the damage state by some design variables, and estimate the damage state solving the mathematical optimization problem about the reflection spectrum. We found that the identified damage state from the input spectrum agreed well with the damage state corresponding to the input spectrum.
Analytical solutions for stress concentrations near a fiber break in unidirectional elastoplastic composites 査読有り

S Okabe, N Ohno, T Okabe

ADVANCES IN ENGINEERING PLASTICITY AND ITS APPLICATIONS, PTS 1 AND 2　274-276　1005-1010　2004年

ISSN：1013-9826
Quantitative damage detection in CFRP composites: coupled mechanical and electrical models 査読有り

Z Xia, T Okabe, JB Park, WA Curtin, N Takeda

COMPOSITES SCIENCE AND TECHNOLOGY　63　(10)　1411-1422　2003年8月

DOI： 10.1016/S0266-3538903)00083-6 　

ISSN：0266-3538
Quantitative damage detection in cross-ply laminates using Lamb wave method 査読有り

N Toyama, J Noda, T Okabe

COMPOSITES SCIENCE AND TECHNOLOGY　63　(10)　1473-1479　2003年8月

DOI： 10.1016/S0266-3538(03)00163-5 　

ISSN：0266-3538
Lamb wave evaluation and localization of transverse cracks in cross-ply laminates 査読有り

N. Toyama, T. Okabe, N. Takeda

Journal of Materials Science　38　(8)　1765-1771　2003年4月15日

DOI： 10.1023/A:1023288012638 　

ISSN：0022-2461
トランスバースクラックを有するCFRP直交積層板の引張強度査読有り

野田淳二, 岡部朋永, 武田展雄, 清水真佐男

日本複合材料学会誌　29　(5)　177-183　2003年4月

DOI： 10.6089/jscm.29.177 　
実験とシミュレーションの組合せ手法による高強度鋼の長寿命域疲労破壊特性の解明査読有り

深沢剣吾, 岡部朋永, 小茂鳥潤, 清水真佐男

日本機械学会論文集(A編)　69　(679)　617-625　2003年3月
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会
DOI： 10.1299/kikaia.69.617 　

ISSN：0387-5008

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In order to clarify experimentally the damage process for the high strength steel in high and extremely high cycle regions and to propose a simulation model based on a new approach, rotating bending fatigue tests were performed with special focus on the effect of the role of the inclusion on the fatigue properties of high strength steel. The transition of fatigue crack initiation site from surface inclusion to internal one was observed with decreasing stress amplitude. The simulation model was proposed on the basis of the concept of a risk competition of defects, in which a virtual specimen has been constructed in the computer program and all inclusions were assumed to be equivalent to a crack origin. The results of the simulation were almost in accordance with the experimental results, and it was shown that this model could make the prediction of fatigue life of high strength steel in high and extremely high cycle regions.
New concept for modeling the electromechanical behavior of unidirectional carbon-fiber-reinforced plastic under tensile loading 査読有り

JB Park, T Okabe, N Takeda

SMART MATERIALS & STRUCTURES　12　(1)　105-114　2003年2月

ISSN：0964-1726
1307 応答曲面法を利用した FBG センサ埋め込み CFRP 積層板の損傷評価

矢代茂樹, 西川雅章, 岡部朋永, 武田展雄

材料力学部門講演会講演論文集　2003　1017-1018　2003年
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会
DOI： 10.1299/jsmezairiki.2003.0_1017 　

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The multiple damage state of a notched laminate was estimated with an embedded fiber Bragg grating (FBG) sensor. Reflection spectrum of the FBG sensor in a damaged laminate was numerically calculated by coupled-mode theory and damage extension analysis based on finite element method with cohesive elements. Then a database of strain distributions and reflection spectra at various damage states was obtained from the analytical results. The relationship between the damage state and the reflection spectra of the FBG sensor was expressed mathematically by response surface methodology. Then, solving the inverse problem of the relationship between damage state and reflection spectrum, we estimate typical damage state of a double-edge-notched cross-ply laminate. The estimated damage state is found to correspond well with the one obtained in the experiment.
1315 電気信号伝送特性による FRP 補修パッチ下の損傷モニタリング

卜部啓, 岡部朋永, 高坪純治

材料力学部門講演会講演論文集　2003　1033-1034　2003年
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会
DOI： 10.1299/jsmezairiki.2003.0_1033 　
215 一方向強化材の破断繊維に隣接する繊維の応力分布に対する解析解

岡部沙也佳, 大野信忠, 岡部朋永

材料力学部門講演会講演論文集　2003　127-128　2003年
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会
DOI： 10.1299/jsmezairiki.2003.0_127 　
718 セラミックス基複合材料の繊維破断およびマトリックスき裂の確率過程モデル

合田公一, 岡部朋永

材料力学部門講演会講演論文集　2003　535-536　2003年
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会
DOI： 10.1299/jsmezairiki.2003.0_535 　
ラム波伝播速度変化を利用した繊維強化プラスチックにおけるトランスバースクラックの定量モニタリングおよび位置標定精度向上

遠山暢之, 岡部朋永, 高坪純治, 武田展雄

非破壊検査 : journal of N.D.I　52　(1)　32-38　2003年1月1日
出版者・発行元：日本非破壊検査協会
ISSN：0367-5866
Monitoring of filler distribution in resin with an electromagnetic wave transmission line 査読有り

T Okabe, K Urabe

ADVANCED COMPOSITES LETTERS　12　(2)　63-68　2003年

ISSN：0963-6935
Green's function vs. shear-lag models of damage and failure in fiber composites

Z Xia, W.A Curtin, T Okabe

Composites Science and Technology　62　(10-11)　1279-1288　2002年8月

DOI： 10.1016/s0266-3538(02)00073-8 　

ISSN：0266-3538
Effect of transverse cracks on lamb wave velocity in CFRP cross-ply laminates 査読有り

N Toyama, T Okabe, N Takeda, T Kishi

JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE LETTERS　21　(4)　271-273　2002年2月

DOI： 10.1023/A:1017925315239 　

ISSN：0261-8028
418 損傷検知機能を有する FRP 補修パッチ

卜部啓, 岡部朋永

材料力学部門講演会講演論文集　2002　343-344　2002年
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会
DOI： 10.1299/jsmezairiki.2002.0_343 　
703 切欠材の疲労強度に及ぼす鋼の硬さの影響

深沢剣吾, 渋谷正樹, 岡部朋永, 清水真佐男

材料力学部門講演会講演論文集　2002　565-566　2002年
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会
DOI： 10.1299/jsmezairiki.2002.0_565 　

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Fatigue strength and life tend to decrease due to the stress concentration. To examine notch effect quantitatively, it has been paid attention to the relationship between maximum stress at the notch bottom and stress gradient. However, effective critical volume might be a main factor for inclusion induced fatigue failure in the case of high strength steel whose failure dominated by inclusions. The aim of the present study is to experimentally investigate the difference of fatigue strength between un-notched specimen and notched specimen in high strength steel.
926 高分子フィルム上に形成された導電性薄膜の損傷進展プロセスに関する研究

豊田崇雄, 岡部朋永, 谷中雅顕, 武田展雄, 清水真佐男

年次大会講演論文集　2002　455-456　2002年
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会
DOI： 10.1299/jsmemecjo.2002.2.0_455 　

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The present paper investigates the relationship between crack phenomena and electric resistance of an ITO thin film on polymer film. The electrical conductivity of ITO film was decreases due to the multiple film cracking. In order to predict the variation of electrical conductivity of ITO film with applied strain, we conducted the Monte Carlo simulation with a finite element analysis. This numerical procedure can easily and accurately calculate the stress distribution in the film on the elastic-plastic substrate. The predictions are found to have good agreements with the experimental results.
Monitoring of resin flow and cure with an electromagnetic wave transmission line using carbon fiber as conductive elements 査読有り

K Urabe, T Okabe, H Tsuda

COMPOSITES SCIENCE AND TECHNOLOGY　62　(6)　791-797　2002年

DOI： 10.1016/S0266-3538(02)00047-7 　

ISSN：0266-3538
Shear-lag versus finite element models for stress transfer in fiber-reinforced composites 査読有り

Z Xia, T Okabe, WA Curtin

COMPOSITES SCIENCE AND TECHNOLOGY　62　(9)　1141-1149　2002年

DOI： 10.1016/S0266-3538(02)00072-6 　

ISSN：0266-3538
Size effect on tensile strength of unidirectional CFRP composites - experiment and simulation 査読有り

T Okabe, N Takeda

COMPOSITES SCIENCE AND TECHNOLOGY　62　(15)　2053-2064　2002年

DOI： 10.1016/S0266-3538(02)00146-X 　

ISSN：0266-3538
Effect of matrix yield properties on fragmentation behavior of single fiber composites 査読有り

FM Zhao, T Okabe, N Takeda

COMPOSITE INTERFACES　9　(3)　289-308　2002年

DOI： 10.1163/156855402320257366 　

ISSN：0927-6440
Electromechanical modeling of unidirectional CFRP composites under tensile loading condition 査読有り

JB Park, T Okabe, N Takeda, WA Curtin

COMPOSITES PART A-APPLIED SCIENCE AND MANUFACTURING　33　(2)　267-275　2002年

DOI： 10.1016/S1359-835X(01)00097-5 　

ISSN：1359-835X
Elastoplastic shear-lag analysis of single-fiber composites and strength prediction of unidirectional multi-fiber composites 査読有り

T Okabe, N Takeda

COMPOSITES PART A-APPLIED SCIENCE AND MANUFACTURING　33　(10)　1327-1335　2002年

DOI： 10.1016/S1359-835X(02)00170-7 　

ISSN：1359-835X
Statistical analysis of multiple cracking phenomenon of a SiOx thin film on a polymer substrate 査読有り

M. Yanaka, Y. Tsukahara, T. Okabe, N. Takeda

Journal of Applied Physics　90　(2)　713-719　2001年7月5日

DOI： 10.1063/1.1379355 　

ISSN：0021-8979
Improved Surface Treatment of SMA Foils and Damage Suppression of SMA-Foil Embedded CFRP Laminates

Toshimichi Ogisu, Norio Ando, Junji Takaki, Tomonaga Okabe, Nobuo Takeda

Journal of Intelligent Material Systems and Structures　12　(4)　265-270　2001年4月
出版者・発行元： SAGE Publications
DOI： 10.1106/9apu-q5ec-44ty-ff0v 　

ISSN：1045-389X

eISSN：1530-8138

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The authors have been conducting research and development studies on some applications of embedded SMA foil actuators in CFRP laminates for weight reduction and improvement of reliability for next generation aircraft. The goal of this research is to develop a method for the suppression of damage growth in CFRP laminates. It is certified that one of the key technologies is bonding properties between SMA foils and CFRP laminates. In this paper, improvement of bonding properties between SMA foils and CFRP and confirmation of suppression effects of damage growth are described. Some surface treatments (sol-gel method, anodic-oxidation method and spattering method) were performed on SMA foils. Then, peel resistance and single lap shear strength tests were performed using surface treated SMA foils. It was found that treatment by 10%NaOH is the most effective treatment for improvement of bonding properties. The treated surface was found porous and rough, which is supposed to provide anchoring effects of SMA/CFRP interfaces. Then, quasi-static load-unload tests were performed using the optimum treatment as mentioned above to investigate the damage behavior of quasi-isotropic CFRP laminates with embedded SMA foils. Micromechanisms of fracture behavior and the correlation between the crack density and the residual strain were discussed. The recovery stress of the SMA foil generated at over Af temperature showed capability of suppression for onset of transverse cracks in quasi-isotropic CFRP laminates with embedded SMA foils.
305 鋼の超高サイクル疲労特性に及ぼす硬さの影響の解明(OS1-1 高強度材の超高サイクル疲労(1))(OS1 高強度材・表面改質材の疲労と破壊)

金森大輔, 深沢剣吾, 岡部朋永, 小茂鳥潤, 清水真佐男

材料力学部門講演会講演論文集　2001　237-238　2001年
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会
DOI： 10.1299/jsmezairiki.2001.0_237 　

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To clarify the effect of hardness on fatigue characteristics of structural steel in an Extremely High Cycle Fatigue(EHCF) regime, rotational bending fatigue tests were carried out for two types of specimen with different hardness of microstructure. Fracture surfaces were observed using a Scanning Electron Microscope to examine the fracture mechanisms. Two types of fracture modes, surface fracture and internal fracture, were observed for high-strength steel. In middle strength steel, however, surface fracture mode alone was observed instead of fatigue crack started at nonmetallic inclusion. Computer simulation was also performed to discuss the fatigue properties in EHCF regime. The proposed model was possible to predict fatigue properties of both high-and middle-strength steel and showed that the possibility of internal failure (fish-eye failure) in EHCF of middle-strength steel.
K-0521 超高サイクル疲労下における切欠きを有する高強度鋼の破壊モード遷移(S04-3 高強度鋼の超高サイクル疲労(2))(S04 金属材料の組織と疲労強度信頼性)

深沢剣吾, 金森大輔, 岡部朋永, 小茂鳥潤, 清水真佐男

年次大会講演論文集　1　167-168　2001年
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会
DOI： 10.1299/jsmemecjo.I.01.1.0_167 　

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The objectives of the present study are to experimentally examine the fatigue damage process and to propose a simulation model for the fatigue fracture process of notched specimen in high cycle fatigue regions. The origins of fatigue cracks of the un-notched specimen are surface inclusion or internal inclusion. On the other hand, those of the notched specimen are surface inclusion. The inclusion sizes of the origins of fatigue cracks in notched specimen are smaller than those of the unnotched specimen. This is partly because the critical zone of the notched specimen is smaller than that of the un-notched specimen.
Estimation of strength distribution for a fiber embedded in a single-fiber composite: experiments and statistical simulation based on the elasto-plastic shear-lag approach 査読有り

T Okabe, N Takeda

COMPOSITES SCIENCE AND TECHNOLOGY　61　(12)　1789-1800　2001年

DOI： 10.1016/S0266-3538(01)00080-X 　

ISSN：0266-3538
A 3D shear-lag model considering micro-damage and statistical strength prediction of unidirectional fiber-reinforced composites 査読有り

T Okabe, N Takeda, Y Kamoshida, M Shimizu, WA Curtin

COMPOSITES SCIENCE AND TECHNOLOGY　61　(12)　1773-1787　2001年

DOI： 10.1016/S0266-3538(01)00079-3 　

ISSN：0266-3538
805 モンテカルロシミュレーションによる TiN 薄膜の強度評価

三澤一慎, 岡部朋永, 谷中雅顕, 武田展雄, 清水真佐男

年次大会講演論文集　2000　241-242　2000年
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会
DOI： 10.1299/jsmemecjo.2000.3.0_241 　

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The damage process of TiN thin film has been studied and the elastplastic shear-lag approach which consider the plasticity of substrate is proposed to evaluate the damages under the monotonic loading. In order to assert the validity of the present approach, we conducted the elastoplastic FEM analysis based on the strain increamental theory. The present results have good agreements with FEM results. The strength properties of TiN film were obtained with the Monte Carlo simulation using the present approach.
812 モンテカルロシミュレーションによる高強度鋼の疲労破壊特性の解明

深沢剣吾, 岡部朋永, 清水真佐男

年次大会講演論文集　2000　255-256　2000年
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会
DOI： 10.1299/jsmemecjo.2000.3.0_255 　

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A Monte-Carlo simulation was developed in order to propose a new model for the fracture process of high strength steel in high and extremely high cycles fatigue regions. The analysis results of the proposed model were almost accordance with the experiment result, and it was shown that this model could make the prediction of fatigue life of high strength steel. And it was shown that the fish-eye failure could be appeared even for the low and middle strength steel in an extremely high cycles fatigue region.
The estimation of statistical fiber strength by fragmentation tests of single-fiber composites 査読有り

FM Zhao, T Okabe, N Takeda

COMPOSITES SCIENCE AND TECHNOLOGY　60　(10)　1965-1974　2000年

DOI： 10.1016/S0266-3538(00)00084-1 　

ISSN：0266-3538
A new fracture mechanics model for multiple matrix cracks of SiC fiber reinforced brittle-matrix composites 査読有り

T. Okabe, N. Takeda, J. Komotori, M. Shimizu, W. A. Curtin

Acta Materialia　47　(17)　4299-4309　1999年11月26日
出版者・発行元： Elsevier Ltd
DOI： 10.1016/S1359-6454(99)00309-2 　

ISSN：1359-6454
Mechanical behavior of SiC fiber reinforced brittle-matrix composites 査読有り

T Okabe, J Komotori, M Shimizu, N Takeda

JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE　34　(14)　3405-3412　1999年7月

DOI： 10.1023/A:1004637300310 　

ISSN：0022-2461
SiC繊維強化耐熱ガラス基直交積層板における損傷進展過程査読有り

岡部朋永, 武田展雄, 今井克広, 小茂鳥潤, 清水真佐男, 今井義一

日本機械学会論文集(A編)　65　(631)　621-627　1999年3月1日
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会
DOI： 10.1299/kikaia.65.621 　

ISSN：0387-5008

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The damage process of fiber reinforced glass composites were studied under tensile loading. The tensile damage initiation and growth in BN-coated HI-NICALON SiC fiber reinforced glass matrix cross-ply laminates were experimentally clarified by replica observations, An improved shear-lag model with two major cracks, which penetrate both 0 degree and 90 degree plies, were used to predict the stress-strain behavior and reasonably well predicted the stress-strain curve until matrix cracks in the 0 degree ply saturate. Ultimate tensile strength (UTS) could be predicted by using a probabilistic fracture model based on the strength distribution data of fibers extracted from fabricated composites. Difference between the experimental strength and the predicted one was attributed to a difference in the strength distribution data of fibers and the one of fibers in the real composites. Then, UTS was compared with the prediction using the modified strength distribution data of fibers.
Tensile matrix cracking behavior of Hi-Nicalon fiber glass matrix cross-ply laminate composites 査読有り

T Okabe, N Takeda, J Komotori, M Shimizu, K Imai, Y Imai

HIGH TEMPERATURE CERAMIC MATRIX COMPOSITES III　164-1　221-224　1999年

ISSN：1013-9826
一方向SiC繊維強化耐熱ガラス基複合材料における損傷進展過程査読有り

岡部朋永, 武田展雄, 今井克広, 小茂鳥潤, 清水真佐男, 今井義一

日本機械学会論文集(A編)　64　2931-2937　1998年12月1日

DOI： 10.1299/kikaia.64.2931 　
Damage process of unidirectional SiC fiber reinforced glass-matrix composites 査読有り

T Okabe, N Takeda, J Komotori, M Shimizu, K Imai, Y Imai

CERAMIC MATERIAL SYSTEMS WITH COMPOSITE STRUCTURES　99　371-379　1998年

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MISC 91

トランスバースクラックを有するCFRP積層板の粘弾性損傷力学解析

黄木景二, 吉川周二, 岡部朋永, 小野寺壮太

日本複合材料合同会議(Web)　14th　2023年
繊維強化複合材料の損傷を考慮した力学解析(4)3次元織物セラミック基複合材料の非線形挙動予測

小野寺壮太, 南雲佳子, 岡部朋永

機械の研究 = Science of machine　74　(9)　696-710　2022年9月

ISSN： 0368-5713
繊維強化複合材料の損傷を考慮した力学解析(3)積層板におけるクラック発生予測

南雲佳子, 小野寺壮太, 岡部朋永

機械の研究 = Science of machine　74　(8)　607-618　2022年8月

ISSN： 0368-5713
繊維強化複合材料の損傷を考慮した力学解析(2)面内引張圧縮,面外負荷下における損傷進展

南雲佳子, 小野寺壮太, 岡部朋永

機械の研究 = Science of machine　74　(7)　524-534　2022年7月

ISSN： 0368-5713
繊維強化複合材料の損傷を考慮した力学解析(1)損傷を含む積層板の剛性低下

南雲佳子, 小野寺壮太, 岡部朋永

機械の研究 = Science of machine　74　(6)　431-440　2022年6月

ISSN： 0368-5713
非線形拡張有限要素法による複合材料の有孔強度評価

樋口諒, 青木涼馬, 横関智弘, 長嶋利夫, 岡部朋永

日本複合材料学会誌　48　2022年
3D造形した連続繊維熱可塑性CFRPの圧縮特性に関する実験的評価

干川大和, 白須圭一, 岡部朋永

日本複合材料学会誌　48　(4)　142-148　2022年
シアネート硬化工ポキシ樹脂の熱機械特性に関する実験的評価と分子動力学シミュレーション

川越吉晃, 小森翔平, 菊川豪太, 白須圭ー, 岡部朋永

日本複合材料学会誌　48　(4)　134-141　2022年
出版者・発行元： The Japan Society for Composite Materials
DOI： 10.6089/jscm.48.134 　

ISSN： 0385-2563

eISSN： 1884-8559
3Dプリント連続炭素繊維強化熱可塑性プラスチックのオープンホール引張特性の実験的および数値的評価

HOSHIKAWA Yamato, SHIRASU Keiichi, TSUYUKI Junpei, OKABE Tomonaga, HIGUCHI Ryo, YAMAMOTO Kohei, HIRATA Yasuhisa

Materials System　38　2021年

ISSN： 2435-1520
Molecular Dynamics Simulation with Reaction Model Based on Accurate Quantum Chemical Calculation for Cross-Linking Process of Epoxy Resins and its Comparison to Experimental Measurement

Yutaka Oya, Yuki Hino, Kyosuke Inuyama, Gota Kikugawa, Jing Li, Riichi Kuwahara, Naoki Kishimoto, Hiroki Waizumi, Masaaki Nishikawa, Anthony Waas, Nobuyuki Odagiri, Andrew Koyanagi, Marco Salviato, Tomonaga Okabe

2019年7月16日

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We propose a new simulation procedure for the curing reaction of epoxy resin by coupling quantum chemical (QC) calculations with molecular dynamics (MD) simulations. A polymer network formation composed of base resin and curing agent is investigated using the present simulation. Relationships between the atomistic structures in the system and their material properties derived from the simulations are also studied. The polymer network formation includes the reaction between epoxy resin and curing agents. Accurate activation energy and heat of formation are required for simulating the reaction. In this study, we introduce the ab initio QC calculation to the MD simulation to determine out the reaction pathways. To validate our proposed simulation, we experimentally measured densities, thermal characteristics and mechanical properties. The simulated results agree with experiments. The simulated results also indicate that branching structures of monomers causes the coarsening of the network formation of epoxy resin, so that the glass transition temperature (i.e. Tg) tends to increase. In contrast with Tg, the densities and Young's modulus are dominated mainly by the backbone structure of monomers and the degree of conversions.
From addition reactions to cross-linked network formation

Jing Li, Sakamoto Jumpei, Hiroki Wizumi, Yue Huang, Naoki Kishimoto, Yutaka Oya, Tomonaga Okabe

33rd Technical Conference of the American Society for Composites 2018　2　769-779　2018年1月1日
重合メッシュ法を用いた繊維強化複合材料のき裂発生予測解析

熊谷裕太, 南雲佳子, 岡部朋永

計算工学講演会論文集 Proceedings of the Conference on Computational Engineering and Science　22　6p　2017年5月
出版者・発行元：日本計算工学会
準三次元XFEMによる複合材料積層板の面内・面外負荷下での損傷進展解析

樋口諒, 岡部朋永, 長嶋利夫

計算工学講演会論文集 Proceedings of the Conference on Computational Engineering and Science　22　6p　2017年5月
出版者・発行元：日本計算工学会
CFRP積層板の初期き裂発生予測における巨視的非線形挙動と微視的破壊基準の影響

熊谷裕太, 樋口諒, 青柳吉輝, 岡部朋永, 吉岡健一

材料システム = Materials system　35　19-27　2017年
出版者・発行元：金沢工業大学材料システム研究所
ISSN： 0286-6013
SPH法を用いた複合材料構造部材の軸圧縮応答解析

夏井翔平, 樋口諒, 岡部朋永, 矢代茂樹

計算工学講演会論文集 Proceedings of the Conference on Computational Engineering and Science　21　6p　2016年5月
出版者・発行元：日本計算工学会
X-FEMを用いた複合材料積層板の損傷進展および破壊に関する数値シミュレーション

樋口諒, 岡部朋永, 長嶋利夫

計算工学講演会論文集 Proceedings of the Conference on Computational Engineering and Science　21　6p　2016年5月
出版者・発行元：日本計算工学会
PS0004-173 均質化法を用いた多目的最適化によるCFRPメソ構造の設計指針の抽出

石川智大, 松崎亮介, 岡部朋永, 矢代茂樹

M&M材料力学カンファレンス　2015　"PS0004-173-1"-"PS0004-173-3"　2015年11月21日
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会

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Dry textiles are usually incorporated into the RTM method as a fibrous reinforcing material. The architecture of the textile material affects both the permeability and material properties of the final product. We optimized the textile architecture to improve manufacturing efficiency and product quality. In this optimization, in-plane stiffness, in-plane permeability, out-of-plane stiffness, and out-of-plane permeability were calculated via the homogenization method in the liquid and solid phases as objective functions. We use a multi-objective genetic algorithm as an optimization technique. A self-organizing map was used as a visualization tool. As a result, we obtained a Pareto solutions group, which is significant in designing the architecture of the textile. We demonstrated the design rules and knowledge of fabric structure by analyzing the Pareto solutions.
Mechanical properties of fiber/matrix interface in polymer matrix composites

Jun Koyanagi, Shinji Ogihara, Hayato Nakatani, Tomonaga Okabe, Satoru Yoneyama

ADVANCED COMPOSITE MATERIALS　23　(5-6)　551-570　2014年9月

DOI： 10.1080/09243046.2014.915125 　

ISSN： 0924-3046

eISSN： 1568-5519
Preface

Tomonaga Okabe, Mototsugu Tanaka, Jun Koyanagi

ADVANCED COMPOSITE MATERIALS　23　(5-6)　389-389　2014年9月

ISSN： 0924-3046

eISSN： 1568-5519
分子シミュレーション研究会

松崎亮介, 小柳潤, 岡部朋永

日本複合材料学会誌　40　(5)　238-243　2014年
出版者・発行元：日本複合材料学会
ISSN： 0385-2563
1423 階層的モデリングに基づく結晶性ポリマの材料特性評価

青柳吉輝, 笹山俊貴, 井上良徳, 山本智, 岡部朋永

計算力学講演会講演論文集　2013　(26)　"1423-1"-"1423-2"　2013年11月2日
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会
ISSN： 1348-026X
OS2005 マイクロメカニクスに基づく繊維強化熱可塑性プラスチックの強度特性予測

岡部朋永

M&M材料力学カンファレンス　2013　"OS2005-1"-"OS2005-2"　2013年10月12日
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会

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We utilized a unit cell model that considers microscopic damage including matrix cracking and fiber breaking, and incorporates constitutive laws of thermosetting resin or thermoplastic resin for the matrix. The tensile damage and strength of the composite were investigated for various fiber lengths and/or matrix properties. We compared the simulated strengths with experiments for carbon fiber-reinforced polypropylene.
5・4・1 複合材料の力学(5・4 界面・複合材料,5.材料力学,<特集>機械工学年鑑)

岡部朋永

日本機械学會誌　116　(1137)　528-528　2013年8月5日
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会
ISSN： 0021-4728
炭素繊維強化プラスチックを利用した輸送機の軽量化

岡部朋永

日本機械学會誌 = Journal of the Society of Mechanical Engineers　116　(1132)　201-201　2013年3月5日
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会
ISSN： 0021-4728
CFRP横方向引張破壊のひずみ速度依存性 (2013年度年次講演会)

小柳潤, 佐藤幸宏, 岡部朋永

日本実験力学会講演論文集　(13)　195-198　2013年
出版者・発行元：日本実験力学会
ISSN： 1346-4922
繊維強化プラスチックにおける変形・損傷・破壊に関する数値シミュレーション

岡部朋永

未来材料　12　(1)　12-19　2012年1月
出版者・発行元：エヌ・ティー・エス
ISSN： 1346-0986
CFRP積層板の横方向層における初期損傷に関する数値シミュレーション (特集複合材料の耐久性)

岡部朋永

材料システム　30　5-10　2012年
出版者・発行元：金沢工業大学材料システム研究所
ISSN： 0286-6013
Numerical simulation of drilling thrust damage in CFRP laminates using elasto-plastic FEM 査読有り

S.C. Park, M. Nishikawa, T. Okabe, N. Takeda

27th Annual Technical Conference of the American Society for Composites 2012, Held Jointly with 15th Joint US-Japan Conference on Composite Materials and ASTM-D30 Meeting　1506-1515　2012年
繊維強化プラスチックの変形・破壊・プロセッシングに関する数値シミュレーション

岡部朋永

宇宙構造・材料シンポジウム : 講演集録　27　10p　2011年12月8日
出版者・発行元：宇宙航空研究開発機構宇宙科学研究所
Numerical modeling of mechanical damage in short fiber reinforced thermoplastic composites 査読有り

T. Okabe, M. Nishikawa, M. Hashimoto

Conference Program for the 3rd International Conference on Heterogeneous Materials Mechanics, ICHMM 2011　861-864　2011年
(4)短繊維強化プラスチックの破壊モードに及ぼす材料微視構造の影響(論文,日本機械学会賞〔2009年度(平成21年度)審査経過報告〕)

西川雅章, 岡部朋永, 武田展雄

日本機械学會誌　113　(1098)　315-316　2010年5月5日
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会
ISSN： 0021-4728
延性ポリマーの構成則を考慮した繊維強化プラスチックの横方向引張破壊シミュレーション

西川雅章, 岡部朋永, 豊島広樹

計算工学講演会論文集 = Proceedings of the Conference on Computational Engineering and Science　15　(2)　659-662　2010年5月
出版者・発行元：日本計算工学会
ISSN： 1342-145X
粒子法を用いた短繊維強化プラスチックの射出成形解析

矢代茂樹, 岡部朋永, 松島紀佐

日本複合材料学会誌 = Journal of the Japan Society for Composite Materials　36　(1)　11-18　2010年1月15日
出版者・発行元：一般社団法人日本複合材料学会
DOI： 10.6089/jscm.36.11 　

ISSN： 0385-2563

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This paper proposes a numerical approach for predicting the injection-molding process of short-fiber-reinforced plastics using the Moving Particle Semi-implicit (MPS) particle-simulation method. Unlike conventional methods, this approach represents all of the fibers and the resin as particles and automatically analyzes the interaction between the fiber and the resin and the interaction between the fibers. This method can also follow the flow of a specific fiber. The injection molding of short-fiber-reinforced plastics was simulated assuming the thermoplastic resin to be an incompressible viscous fluid and the fibers to be rigid bodies. The numerical result demonstrated that the molding material was unidirectionally reinforced by short fibers since the fibers were rotated and aligned parallel to the flow direction due to the velocity gradient near the boundary. Moreover, the resin was predicted to accumulate at a corner. These results agreed well with previous studies, and the present approach was confirmed. Furthermore, we predicted the accumulation of fibers near a wall due to the velocity gradient, which could not be represented by conventional simulation methods.
Effect of matrix hardening on tensile strength of alumina-fiber reinforced aluminum matrix composites

T. Okabe, M. Nishikawa, N. Takeda, H. Sekine

Key Engineering Materials　430　83-99　2010年1月1日

DOI： 10.4028/www.scientific.net/KEM.430.83 　

ISSN： 1013-9826

eISSN： 1662-9795
Characterization of the influence on thermomechanical behavior of shape memory polymer due to fiber reinforcement

N. Nishikawa, K. Wakatsuki, T. Okabe, N. Takeda

24th Annual Technical Conference of the American Society for Composites 2009 and 1st Joint Canadian-American Technical Conference on Composites　3　1688-1700　2009年12月1日
Numerical prediction of fatigue damage progress in holed CFRP laminates using cohesive elements

YASHIRO Shigeki, OKABE Tomonaga

Journal of Solid Mechanics and Materials Engineering　3　(11)　1212-1221　2009年
出版者・発行元： Japan Society of Mechanical Engineers
DOI： 10.1299/jmmp.3.1212 　

ISSN： 1880-9871

eISSN： 1880-9871
Periodic-cell simulations for the microscopic damage and strength properties of discontinuous carbon fiber-reinforced plastic composites

M. Nishikawa, T. Okabe, N. Takeda

Advanced Composite Materials　18　(1)　77-93　2009年1月1日
出版者・発行元： Informa UK Limited
DOI： 10.1163/156855108x399974 　

ISSN： 0924-3046

eISSN： 1568-5519
Numerical simulation for the microscopic damage and its influence on the macroscopic fracture properties in short-fiber reinforced plastic composites

M. Nishikawa, T. Okabe, N. Takeda

Advanced Composites for Efficiency and Environment - The US-Japan Conference on Composite Materials 2008, US-Japan 2008　2008年12月1日
OS0409 Ni/Ni_3Al界面特性に関する分子シミュレーション(原子スケールモデリングとナノ・マイクロ実験力学(1))

山田満, 岡部朋永, 鈴木研

M&M材料力学カンファレンス　2008　"OS0409-1"-"OS0409-2"　2008年9月16日
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会

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Ni/Ni_3Al積層材の界面の付着性を評価するため,さまざまに結晶方位を変化させた場合の界面の分子モデルを二次元周期境界条件を用いて作成し,古典分子動力学および密度汎関数法を用いて界面の結合エネルギーを求め比較した.これより,市川がNi/Ni_3Al界面のTEM観察によって明らかにしたNi(111)/Ni_3Al(311)界面は付着している可能性が高いことが分かった.また,(111)標準投影内の(111),(100),(110)からなる三角形の内部の面は基材のNi(111)面に付着する可能性が低いことが分かった.
OS0403 分子シミュレーションによるカーボンナノチューブ-ポリマー複合材料の界面特性評価(原子スケールモデリングとナノ・マイクロ実験力学(1))

本多崇, 岡部朋永, 西川雅章

M&M材料力学カンファレンス　2008　"OS0403-1"-"OS0403-2"　2008年9月16日
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会

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カーボンナノチューブ-ポリマー複合材料の界面特性を評価するため,アモルファス構造のポリエチレンからカーボンナノチューブを引き抜く分子シミュレーションを行った.系のポテンシャルエネルギーが最小になるように,化学架橋鎖を構成するポリエチレンの分子の位置をスイッチさせる機構を提案・採用した.化学架橋鎖が界面せん断強度を上げることが定性的に明らかとなった.
OS0613 円孔を有するCFRP積層板の疲労損傷進展プロセスの解析的評価(OS06-03 複合材料の特性支配因子,OS06 微視構造を有する材料の変形と破壊(2))

矢代茂樹, 岡部朋永, 黄木景二

M&M材料力学カンファレンス　2008　"OS0613-1"-"OS0613-2"　2008年9月16日
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会

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本研究では,応力集中部を有する複合材料積層板における疲労損傷進展を予測する,結合力要素を用いた数値解析手法を示す.疲労によるき裂進展を表現するため,結合力要素の残留強度の低下プロセスに,べき乗型の損傷進展則を直接適用した.本研究では,円孔を有するCFRPクロスプライ積層板の引張疲労試験を行い,円孔近傍の損傷進展を観察した.疲労損傷シミュレーションによって,円孔の近傍に層内のき裂と層間はく離の進展が得られ,その形態は軟X線写真による観察結果と一致した.
Micromechanics-based simulation for the fracture of composite materials with cohesive/volumetric finite-element schemes

M. Nishikawa, T. Okabe, N. Takeda

American Society for Composites - 22nd Technical Conference of the American Society for Composites 2007 - Composites: Enabling a New Era in Civil Aviation　1　39-58　2007年12月1日
Mechanics of fiber fragmentation in single-fiber composite

Masaaki Nishikawa, Tomonaga Okabe, Nobuo Takeda

ICCM International Conferences on Composite Materials　2007年12月1日
Characterization of tensile damage progress in stitched CFRP laminates

Akinori Yoshimura, Shigeki Yashiro, Tomonaga Okabe, Nobuo Takeda

ADVANCED COMPOSITE MATERIALS　16　(3)　223-244　2007年6月

DOI： 10.1163/156855107781393740 　

ISSN： 0924-3046
繊維強化複合材料の損傷・破壊を対象とした数値シミュレーション

岡部朋永

計算数理工学レビュー　2007　(1)　25-34　2007年3月
出版者・発行元：日本計算数理工学会
ISSN： 1348-7353
Numerical study for identifying damage in open-hole composites with embedded FBG sensors and its application to experiment results

S. Yashiro, K. Murai, K. Murai, T. Okabe, N. Takeda

Advanced Composite Materials: The Official Journal of the Japan Society of Composite Materials　16　115-134　2007年3月1日

DOI： 10.1163/156855107780918946 　

ISSN： 0924-3046
Prediction of tensile strength of unidirectional CFRP composites

OKABE T.

Journal of the Japan Society for Composite Materials　33　205-212　2007年
Characterization of fiber fragmentation in a single-fiber composite in relation to matrix failure and interfacial debonding

M. Nishikawa, T. Okabe, N. Takeda

Proceedings of the 12th U.S.-Japan Conference on Composite Materials　774-792　2006年12月1日
365 繊維強化セラミックス中のマトリックスクラック進展における界面効果(界面と接着・接合の力学1,OS10 界面と接着・接合の力学)

山下耕司, 岡部朋永

計算力学講演会講演論文集　2006　(19)　679-680　2006年11月2日
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会
ISSN： 1348-026X
Tensile strength of CFRP cross-ply laminates containing transverse cracks

Junji Noda, Tomonaga Okabe, Nobuo Takeda, Masao Shimizu

Advanced Composite Materials: The Official Journal of the Japan Society of Composite Materials　15　81-93　2006年7月10日

DOI： 10.1163/156855106776829338 　

ISSN： 0924-3046
Damage monitoring of CFRP laminates with open holes using chirped FBG sensors

S. Yashiro, T. Okabe, N. Takeda

20th Technical Conference of the American Society for Composites 2005　3　1522-1535　2005年12月1日
繊維強化複合材料内部に発生する複数損傷を対象とした数値シミュレーション

岡部朋永

日本複合材料学会誌　31　(4)　147-159　2005年7月
出版者・発行元： JAPAN SOCIETY FOR COMPOSITE MATERIALS
DOI： 10.6089/jscm.31.147 　

ISSN： 0385-2563
埋め込み型FBGセンサによる有孔CFRP直交積層板の損傷同定

村井一恵, 清水真佐男, 岡部朋永, 武田展雄

評価・診断に関するシンポジウム講演論文集　2004　(3)　82-85　2004年12月15日
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会

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In this study, we estimated the damage pattern in a CFRP cross-ply laminate containing an open hole using an embedded Fiber Bragg Gratings (FBG) sensor. The damage pattern near the hole was investigated by finite element an alysis with cohesive elements, and the reflection spectrum of the embedded FBG sensor was analyzed from the strain distribution obtained in the damage analysis. Based on the above analysis, the damage pattern expressed by the residual strength distribution of the cohesive elements was optimized as an inverse problem, while the spectrum shape was adopted as the objective function. The damage pattern estimated from the measured spectrum agreed with the observation.
高次せん断変形板理論を基礎とした繊維強化クロスプライ積層板内のき裂進展解析

岡部朋永, 正金寺竹男, 関根英樹

日本複合材料学会研究発表講演会予稿集　2004　31-32　2004年5月24日
GFRP直交積層材中の損傷進展挙動

野田淳二, 岡部朋永, 武田展雄, 清水真佐男

日本複合材料学会研究発表講演会予稿集　2004　37-38　2004年5月24日
引張負荷下における3次元織物複合材料の損傷進展挙動

吉村彰記, 岡部朋永, 武田展雄

日本複合材料学会研究発表講演会予稿集　2004　29-30　2004年5月24日
埋め込んだFBGセンサを用いたCFRP積層板の応力集中部の損傷モニタリング

矢代茂樹, 岡部朋永, 武田展雄, 関根英樹

日本複合材料学会研究発表講演会予稿集　2004　121-122　2004年5月24日
層間はく離を有するCFRP積層板の圧縮損傷モニタリング

西川雅章, 岡部朋永, 武田展雄

日本複合材料学会研究発表講演会予稿集　2004　123-124　2004年5月24日
Inverse analysis for damage identification in CFRP laminates with embedded FBG sensors

Shigeki Yashirol, Tomonaga Okabe, Nobuo Takeda

Composites Technologies For 2020　993-998　2004年1月1日
破断繊維を有する一方向長繊維強化複合材における局所的応力集中の解析解

岡部沙也佳, 大野信忠, 岡部朋永

複合材料シンポジウム講演要旨集　28　119-120　2003年10月23日
409 フィルム上に形成した透明導電薄膜の損傷進展解析

谷中雅顕, 伊橋紀孝, 豊田崇雄, 岡部朋永, 武田展雄, 清水真佐男

機械材料・材料加工技術講演会講演論文集　2003　(11)　253-254　2003年10月17日
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会

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The progress of multiple cracking and the change of electric resistance in an indium-tin-oxide (ITO) film deposited onto a polyethylene terephtalate substrate were measured simultaneously during the tensile test. The proportionality relation between the crack density and the electric resistance was obtained. The Monte Carlo simulation was conducted to predict the increase both of the crack density and the electric resistance. In the simulation, stress distributions in film fragments were properly calculated by the elastic-plastic finite element analysis. The predictions showed good agreements with experiments.
123 FBG センサを用いた CFRP 積層板の圧縮損傷モニタリング

西川雅章, 岡部朋永, 武田展雄

機械材料・材料加工技術講演会講演論文集　2003　(11)　91-92　2003年10月17日
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会

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We examined the deformation behavior of CFRP laminates with delaminations by the buckling analysis based on nonlinear FEM. First, the buckling mode is estimated by linearlized eigenvalue buckling analysis. The result shows that local buckling is generated due to the existing interlaminar delamination in CFRP laminates under compression. Next, we calculated the reflection spectra of FBG sensors embedded at the delaminated region in the laminate, using post-buckling analysis and coupled-mode theory. From the result, we confirmed that the local buckling can be detected by reflection spectrum of the embedded FBG sensor.
OS9(5)-22(OS09W0168) Health Monitoring with Electromagnetic Wave Transmission Line

Urabe Kei, Okabe Tomonaga

Abstracts of ATEM : International Conference on Advanced Technology in Experimental Mechanics : Asian Conference on Experimental Mechanics　2003　256-256　2003年9月9日
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会
GFRP直交積層板の引張負荷下における破壊シミュレーション

野田淳二, 岡部朋永, 武田展雄, 清水真佐男

日本複合材料学会研究発表講演会予稿集　2003　149-150　2003年5月1日
504 ラム波伝播速度変化を利用した FRP 直交積層材の損傷評価

岡部朋永, 遠山暢之, 関根英樹

講演論文集　2003　(38)　188-189　2003年3月15日
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会
427 有限要素法を用いた 3 次元織物複合材料の損傷解析

吉村彰記, 岡部朋永, 武田展雄

日本機械学会関東支部総会講演会講演論文集　2003　(9)　183-184　2003年3月13日
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会

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Fracture process of three dimensional woven composites was analyzed using the Finite Element Method. Special emphasis was put on the influences that microscopic damage gives to macroscopic property. There are three types of microscopic damages in the three dimensional woven composites : tow fracturing, transverse crack and delamination. In order to simulate these damages, the three dimensional woven composite was modeled by combination of three types of elements : brick elements, truss elements and cohesive elements. Truss elements express the rigidity in the fiber direction of tow. The rigidity of the truss element was dropped to zero when the tow was fractured. Brick elements express the property of matrix. Cohesive elements are introduced along the boundaries of the inner layers and inside the transverse plies to simulate the spontaneous initiation and propagation of transverse cracks and delaminations.
516 一方向繊維強化複合材の繊維破断部近傍の繊維応力分布に対する解析解の導出

岡部沙也佳, 大野信忠, 岡部朋永

東海支部総会講演会講演論文集　2003　(52)　247-248　2003年3月1日
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会
第 1 部 (28) セラミック基複合材料における破壊プロセス

岡部朋永

材料力学部門春のシンポジウム講演論文集　2003　127-130　2003年
出版者・発行元：日本機械学会

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The present paper introduces our recent works for the damage process of ceramic matrix composites. Especially, the microscopic damage in composites are reported. Based on the experimental data and observations, analytical models are presented. We introduce some ideas to compare with the experimental data. The predicted results agrees well with experimental data.
電磁波伝送特性による健全性モニタリング

卜部啓, 岡部朋永

複合材料シンポジウム講演要旨集　27　239-240　2002年10月9日
Evaluation of the measurement method for the electrical resistance change of unidirectional CFRP composites using electrical potential theory

PARK Jae Beom, TAKEDA Nobuo, OKABE Tomonaga

複合材料シンポジウム講演要旨集　27　101-102　2002年10月9日
電磁気法 (非破壊検査特集)

卜部啓, 岡部朋永

強化プラスチックス　48　(8)　321-328　2002年8月
出版者・発行元：強化プラスチックス協会
ISSN： 0452-9685
(2)セラミック基複合材料の強度におけるマイクロメカニクスアプローチに関する研究

岡部朋永

日本機械学會誌　105　(1002)　306-306　2002年5月5日
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会
ISSN： 0021-4728
電磁波伝送特性を利用した樹脂系材料成形モニタリング

卜部啓, 岡部朋永

非破壊検査　51　(5)　269-274　2002年5月1日
出版者・発行元：日本非破壊検査協会
ISSN： 0367-5866
GFRP直交積層板の応力 : ひずみ線図上における非線形挙動の解明

野田淳二, 上野祐樹, 岡部朋永, 武田展雄, 清水真佐男

日本複合材料学会研究発表講演会予稿集　2002　117-118　2002年5月1日
電気異方性を考慮した炭素繊維複合材料の内部損傷評価

朴宰範, 吉村彰記, 岡部朋永, 武田展雄

日本複合材料学会研究発表講演会予稿集　2002　91-92　2002年5月1日
805 パーコレーション構造を有する炭素繊維強化複合材料の電気抵抗に関する解析的検討

岡部朋永, 卜部啓, 朴宰範, 武田展雄

日本機械学会関東支部総会講演会講演論文集　2002　(8)　235-236　2002年3月14日
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会

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Electrical resistance in CFRP composite have been already shown to be sensitive for the internal damage. Then, in order to quantify the variation of electrical conductivity of CFRP composite, a new numerical model is proposed. The present model couple the electrical resistance network model with the 3D shear-lag model. The free parameter xx in the previous GLS model is determined as a function of internal fiber to fiber contact by the numerical simulation.
213 Prediction of the Whole Stress-strain Curve and Final Composite Strength of GFRP Cross-ply Laminates

Noda Junji, Okabe Tomonaga, Takeda Nobuo, Shimizu Masao

JSME Materials and Processing Conference (M&P)　10　(1)　441-444　2002年
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会

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The strength prediction of the composite laminates is necessary for the engineering application. In predicting the strength of the arbitrary lay-up laminates, the interaction between the fiber failure and the ply cracks is critical. Therefore, the advanced micro-mechanical models considering the ply cracks and the fiber failures should be established. The present study investigates experimentally the microscopic damage evolution of glass fiber reinforced polymer (GFRP) cross-ply laminates and predicts the stress-strain relation up to failure using the statistical simulation. Especially, a new numerical model based on the finite element method and the Monte Carlo simulation is proposed and the fiber breakage is coupled with the matrix cracks in the 90-degree plies in this model. Concerning the matrix cracks, the present model utilizes the experimental results obtained from the replica observations. The simulated results have a good agreement with the experimental results and it is found that the present model can predict the micro mechanical damage process of GFRP.
126 Analysis of Electrically Conductive Internal Network in CFRP Composites Using Anisotropy of Electrical Conductivity

Park Jae Beom, Okabe Tomonaga, Yoshimura Akinori, Takeda Nobuo

JSME Materials and Processing Conference (M&P)　10　(1)　428-431　2002年
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会

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As shown by previous research results, the internal electrically conductive network, which is constructed by the contacts between conductive carbon fibers, is very important in correlating the measured electrical resistance change of CFRP composites under tensile loading to the mechanical damage state. In this study, the internal conductive network in CFRP is investigated experimentally and analytically. The anisotropy characteristics of the electrical conductivity in CFRP are measured for various carbon fiber volume fractions using DC 4 and 6 probe methods. The electrical ineffective length, which represents the internal conducting path due to the fiber contacts, is also estimated using the resistance change curve obtained by mechanical tensile tests. For the analytical investigation, Kirchhoff's rule for DC network circuit analysis is combined with the Monte Carlo simulation for the contact point distribution. By comparing the analytical and experimental results, the distribution configuration and the number of contact points, which constitute the internal electrically conductive network of CFRP composites, can be evaluated quantitatively.
26 電磁波伝送特性を利用した樹脂硬化の健全性評価システムの開発

岡部朋永, 卜部啓

M&Mレイクサイドサマーシンポジウム講演論文集　2002　86-87　2002年
出版者・発行元：日本機械学会

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The authors previously suggested the potentiality of using the characteristics of a high-frequency electromagnetic wave transmission line constructed inside a structure or material as a new tool for in-situ cure monitoring in the manufacturing process of resin composites. The advantage of using a high-frequency electromagnetic wave is the possibility of obtaining information on the position of the discontinuity or distribution of material properties because of its short wavelength. This paper experimentally investigates the time domain response to a step input signal of a model transmission line filled with epoxy resin having inclusions.
Quantitative evaluation of the electrically conductive internal network in CFRP composites

Jae Beom Park, Tomonaga Okabe, Akinori Yoshimura, Nobuo Takeda, William A. Curtin

Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering　4704　40-50　2002年1月1日

DOI： 10.1117/12.470734 　

ISSN： 0277-786X
CFRP 直交積層板の内部損傷進展挙動に関する研究

野田淳二, 岡部朋永, 武田展雄, 清水真佐男

複合材料シンポジウム講演要旨集　26　89-90　2001年11月
In-situ health monitoring of CFRP composites using electrical characteristics

Jae Beom Park, Tomonaga Okabe, Dong Yeul Song, Nobuo Takeda, Akihiko Kitano

Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering　4328　323-331　2001年8月6日

DOI： 10.1117/12.435535 　

ISSN： 0277-786X
A theory for multi damage evaluation of TiN thin film

Kazunori Misawa, Tomonaga Okabe, Masaaki Yanaka, Masao Shimizu, Nobuo Takeda

Materials Research Society Symposium-Proceedings　653　2001年1月1日

ISSN： 0272-9172
Durability and defect distribution of SiOx film on polymer substrate analyzed by a statistical approach

M. Yanaka, Y. Tsukahara, T. Okabe, N. Takeda

Proceedings, Annual Technical Conference - Society of Vacuum Coaters　487-491　2001年1月1日

ISSN： 0737-5921
Development of damage suppression system using embedded SMA foil in CFRP laminates

Toshimichi Ogisu, Masato Nomura, Norio Ando, Junji Takaki, Masakazu Kobayashi, Tomonaga Okabe, Nobuo Takeda

Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering　4333　387-398　2001年1月1日

DOI： 10.1117/12.432778 　

ISSN： 0277-786X
209 3D Monte Carlo methodによる一方向CFRPの損傷進展解析(OS 高分子および高分子複合材料)

鴨志田佳正, 岡部朋永, 武田展雄, 清水真佐男

機械材料・材料加工技術講演会講演論文集　2000　(8)　65-66　2000年11月24日
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会

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The present paper proposes a new numerical model for predicting the mechanical behavior of unidirectional composites, based on a 3D shear lag model. The present model considers the micro-damage including interfacial yielding. In order to confirm the validity of the present model, the simulated the ultimate tensile strength (UTS) is compared with the experimental result. Then, the damage process is researched by calculating the stress concentration factor (SCF) at the final failure plane.
210 CFRP直交積層板の力学挙動解析(OS 高分子および高分子複合材料)

野田淳二, 岡部朋永, 武田展雄, 清水真佐男

機械材料・材料加工技術講演会講演論文集　2000　(8)　67-68　2000年11月24日
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会

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The present paper proposes a new numerical model for predicting the mechanical behavior of the CFRP cross-ply laminates(T800H/3631), based on a 3D shear lag model. In order to confirm the validity of the present model, the simulated the ultimate tensile strength (UTS) is compared with the experimental result Then, the effect of the stress concentration on the tip of Transverse Crack is researched by reproducting the inner damages numerically at the crack plane.
222 電気抵抗変化による一方向CFRP複合材料の損傷評価(OS 高分子および高分子複合材料)

朴宰範, 岡部朋永, 宋東烈, 武田辰雄

機械材料・材料加工技術講演会講演論文集　2000　(8)　219-220　2000年11月24日
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会

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The present paper addresses the correlation between the mechanical damage behavior and the change of electrical resistance of CFRP under tensile loading. The linear relation between the strain and the electrical resistance of carbon fiber is obtained experimentally and the CFRP's electrical behavior under tensile loading is investigated. The mechanical damage evolution process is studied using the Global Load Sharing (GLS) model and correlated to the electrical behavior. These investigations leads to a new concept of electrical ineffective length and the electrical model using the DC series circuit with equally spaced discrete parallel cells is proposed to apply the electrical circuit theory to real composites. The predicted results using this model explain the experimental results very well.
Damage Growth Prediction of Unidirectional CFRP Composites Using Discrete Electrical Resistance Models

PARK Jae Beom, OKABE Tomonaga, SONG Dong Yeul, TAKEDA Nobuo

複合材料シンポジウム講演要旨集　25　73-74　2000年10月
マトリックスクラックを考慮したセラミックス基複合材料の最終強度理論

岡部朋永, 武田展雄

日本複合材料学会研究発表講演会予稿集　2000　39-40　2000年
セラミックス基複合材料のマルチプルマトリックスクラックに対する破壊解析

岡部朋永, 武田展雄, 小茂鳥潤, 清水真佐男

日本複合材料学会研究発表講演会予稿集　1999　75-76　1999年4月27日

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書籍等出版物 5

応用解析からはじめる弾性力学入門

岡部, 朋永

コロナ社　2021年6月

ISBN: 9784339046731
テンソル解析からはじめる応用固体力学

岡部朋永

コロナ社　2015年6月12日

ISBN: 9784339046410
複合材料の力学

岡部朋永, 矢代茂樹

共立出版　2015年5月25日

ISBN: 9784320081994
ベクトル解析からはじめる固体力学入門

岡部朋永

2013年3月
入門複合材料の力学

末益博志編著

2009年9月7日

講演・口頭発表等 6

Multiscale Modeling of Carbon Fiber-Reinforced Composites from Molecule to Structure 招待有り

South East Asia-Japan Conference on Composite Materials 2024　2024年8月13日
先進複合材料におけるマルチスケールモデリング（分子から機体設計まで）

第12回日本複合材料会議(JCCM-12)
Numerical Modelling of Prograssive Failure in Carbon Fibre Reinforced Plastic Composites

17th US-Japan Conference on Composite Materials
Multiscale modeling of fiber reinforced plastic composites 国際会議

UK-Japan Workshop on Composites　2013年3月24日
Numerical modeling of fiber reinforced plastic composites 国際会議

Seminar in Mechanical Engineering of EPFL　2012年12月5日
Multi-scale Modering of Fiber-reinforced Plastic Composites 国際会議

TEXAS A&M ENGINEERING Seminar　2012年10月3日

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産業財産権 2

導電薄膜の導電性測定装置

特許第4107382号

産業財産権の種類: 特許権
補修・補強状況検知方法

特許第3704559号

産業財産権の種類: 特許権

共同研究・競争的資金等の研究課題 32

株式会社メニコン×東北大学みる未来のための共創研究所

伊藤恵利、岡部朋永、高田昌樹、白須圭一、鈴木研、菊川豪太、川越吉晃

2024年4月～ 2027年3月
次世代コンタクトレンズ及びコンタクトレンズの流通・製造に関する基盤技術構

岡部朋永, 高田昌樹, 白須圭一, 鈴木研, 菊川豪太, 川越吉晃

2024年4月～ 2027年3月
次世代ETB(Ethanol to Butadiene)触媒の共同開発

岡部朋永、鈴木研、川越吉晃

2024年4月～ 2027年3月
ｾｲｺｰｴﾌﾟｿﾝ株式会社×東北大学ｻｽﾃｨﾅﾌﾞﾙ材料共創研究所

間ケ部明、岡部朋永、高田昌樹、白須圭一、高山裕貴、川越吉晃

2023年8月～ 2027年3月
次世代航空機の開発／航空機複合材構造の設計歪向上の研究

岡部朋永、白須圭一、川越吉晃、南雲佳子

2023年4月～ 2027年3月
相分離構造を有する炭素繊維強化複合材料の力学特性機構解明

岡部朋永, 川越吉晃

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

研究機関：Tohoku University

2023年4月1日～ 2026年3月31日
CFRP用MIシステム開発（CoSMIC）

岡部朋永、川越吉晃

2021年8月～ 2025年7月
バイオマス(再生)プラとドライファイバーセルロースの複合化基礎技術開発

岡部朋永, 高田昌樹, 白須圭一, 高山裕貴, 川越吉晃

2023年6月～ 2025年5月
ＣＭＣミクロ解析技術の開発

岡部朋永

2024年5月～ 2025年3月
航空エンジン用部品の接着継手構造評価に関する研究

岡部朋永

2024年4月～ 2025年3月
高分子用MIシステム開発（CoSMIC）

岡部朋永、川越吉晃

2023年6月～ 2025年3月
CFRP用MIシステム開発（CoSMIC）

岡部朋永、川越吉晃

2023年4月～ 2025年3月
CoSMICを応用した材料開発用ＭＩシステム開発

岡部朋永, 川越吉晃

2023年4月～ 2025年3月
一方向CFRPの引張破壊メカニズムと解析技術の開発

岡部朋永、川越吉晃

2023年4月～ 2025年3月
CFRPマルチマテリアル系構造の機体用途への適合性評価／マルチマテリアル系接合部の信頼性保証

岡部朋永、白須圭一、川越吉晃、南雲佳子、阿部圭晃

2020年11月～ 2025年3月
複合材時代の理想機体構造を実現する機体設計技術の開発

大林茂, 岡部朋永, 服部裕司, 河合宗司, 下山幸治, 廣田真, 水谷正義, 白須圭一, 焼野藍子, 阿部圭晃, 久谷雄一

2020年6月～ 2025年3月
CFRP用MIシステム開発（CoSMIC）

岡部朋永、白須圭一、川越吉晃、龍薗一樹

2024年1月～ 2025年1月
OI機構・多元・陣内浩司「計測・計算融合によるAtom To Tire A2Tの実現」

陣内浩司、岡部朋永、宮田智衆、川越吉晃、熊谷明美、小林祥子

2023年12月～ 2024年12月
繊維強化複合材料のマルチスケールシミュレーション技術の開発

岡部朋永, 川越吉晃

2023年10月～ 2024年9月
風車ブレードの保守判定に向けたブレード損傷量・破壊リスク評価法に関する研究

岡部朋永、阿部圭晃、龍薗一樹

2023年5月～ 2024年9月
量子アニーリングが拓く高性能マテリアルインフォマティクス基盤の新展開

小林広明, 撫佐昭裕, 阿部圭晃, 岡部朋永, 佐藤雅之, 小松一彦, 大関真之, 菊川豪太, 觀山正道

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

研究機関：Tohoku University

2019年4月1日～ 2023年3月31日

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架橋高分子材料における架橋ネットワーク構造形成のシミュレーションの高速化では，分子動力学シミュレーションと連携する形で粗視化粒子スケールのシミュレーションであるDPD（散逸粒子動力学）法を実装した．また，全原子スケールと同様の反応モデルを組み込み，粗視化レベルでの硬化計算を実現した．さらに，DPDシミュレーションによって得られた構造に対し，全原子スケールの構造テンプレートを貼り付けるリバースマッピング手法を開発した．その結果，全原子シミュレーションに対してコンシステントな構造・物性予測と硬化計算の大幅な速度向上を実現した．高次精度非構造ソルバーを用いた非定常圧縮性流体マクロ解析の大規模実行については，オープンソース（PyFR）のSX-Aurora TSUBASAにおける実装と高速化について研究開発を進めた．その結果，これまで部分的にのみベクトル化が行われていた流束計算のためカーネル（tflux/intcflux）対して，配列の初期化やループ構造の見直しにより完全なベクトル化を達成することが出来た．分子動力学シミュレーション（Peachgk_md）の高速化については，ベクトル化阻害要因であったリストベクトルにおいて，止まり木法を用いることによってベクトル化が可能であることを明らかにし，Peachgk_mdに止まり木法を実装することによってベクトル化率を98.8％まで向上させ，その結果，演算性能が6.5倍に向上した．アニーリングマシンと高性能計算システムの連携によるクラスタリング手法の開発では、クラスタリング条件を定義する制約項をQUBOとは別に定義するアニーリングベースのクラスタリングを量子アニーリングマシンやデジタルアニーリングマシンで行い、QUBO生成などの前処理および、データ集計の後処理などに従来の高性能計算システムを活用する手法を開発した。
CFRPの損傷・破壊に関するマルチスケールモデリングの構築と構造設計への応用

岡部朋永

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

研究機関：Tohoku University

2015年4月1日～ 2018年3月31日

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一般に、CFRPは、炭素繊維とマトリクス樹脂による微視的な構造を有している。これにより複雑な損傷挙動を示す。これらスケールの異なる力学挙動を、正確に把握することがCFRPの特性を活かした設計につながると考えられる。これまでマルチスケールシミュレーションはあくまで補足的に用いられており、積極的に機体設計にまで組み込んだ例は見当たらない。そこで、本研究ではこれらの現象を体系的に取り扱うマルチスケールモデリングに基づく機体設計手法を構築した。
航空機用先進複合材料の成形プロセスに関するマルチスケールモデリング

岡部朋永, 西川雅章

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

研究機関：Tohoku University

2010年～ 2012年

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本研究では複合材料の成形に関して、樹脂の流動特性から界面における分子構造までを系統的に扱い検討を行った。具体的には(1)分子動力学による界面の結合構造に関する数値シミュレーション(2)粒子法による濡れ性を考慮した成形シミュレーション(3)比較的簡単な構造を有する繊維集合体への樹脂の含浸シミュレーション(4)結合力要素を利用した繊維・マトリックス界面特性に関する数値シミュレーション(5)繊維・樹脂の濡れ性に関する実験的評価(6)比較的簡単な構造を有する繊維集合体への樹脂の含浸の実験的評価(7)異なる化学構成を有する界面の機械的特性に関する実験による評価の7つの研究テーマを実施した。
マルチスケール解析に基づくナノコンポジットの機械・電気特性の高精度評価

胡寧, 福永久雄, 岡部朋永, 渡辺知規

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

研究機関：Chiba University

2010年～ 2012年

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将来の高性能・多機能ナノコンポジットの性能を一層向上させるためには,ナノ・マイクロ構造組織の情報に基づいて,材料の巨視的な機械・電気特性を正確に評価することが重要となる.本研究では,ナノコンポジットの機械・電気特性を評価するための高精度な逐次型マルチスケール解析法を確立し,ナノフィラーの添加による母材の機械と電気特性の向上のメカニズムを上記の解析モデルにより明らかにしたとともに,ナノコンポジットの製作および機械と電気特性の計測を行い,解析モデルを検証したとともに,ナノコンポジットのデザインを提供することにより,ナノコンポジットの機械・電気特性を総合的に向上させた.
航空宇宙機用CFRP構造の実験的衝撃荷重同定に基づく実時間損傷モニタリング

福永久雄, 胡寧, 岡部朋永, 亀山正樹

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

研究機関：Tohoku University

2008年～ 2010年

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本研究では、圧電センサを内蔵したCFRP積層板、補強パネル、FWタンク等の構造を対象に、解析モデルを必要としない実験的衝撃荷重同定法に基づいて、異物衝突時の衝撃荷重位置・履歴を実時間で同定する手法を確立した。さらに、この同定した衝撃荷重の最大値より衝撃損傷の有無・程度を実時間で検出する損傷モニタリング技術を開発した。
ラム波伝播解析に基づく複合材構造の高精度ヘルスモニタリングの研究

胡寧, 福永久雄, 岡部朋永, 亀山正樹

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

研究機関：Tohoku University

2007年～ 2009年

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本研究では,運用中の航空機・高速車輌を対象に,センサとアクチュエータを組み込んだ知的金属と積層複合材構造について,高精度ラム波伝播数値解析法と信号処理法を確立するとともに,ラム波と各種の損傷との相互作用を詳細に調査し,損傷で生じた反射波と透過波の発生メカニズムや反射波と透過波の特徴を調べることにより,金属や複合材構造の損傷位置の同定精度と信頼性を向上するとともに,損傷範囲を定量的に評価する手法を確立した.
三次元織物CMCの熱衝撃及び飛翔体衝突による損傷挙動の実験的解明

黄木景二, 岡部朋永, 高橋学

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

研究機関：Ehime University

2006年～ 2008年

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三次元織物セラミックス複合材料(CMC)における熱衝撃および高温暴露後の飛翔体損傷挙動を実験及び解析を通して, 総合的かつ系統的にまとめた。さらに, 以上の結果を二次元織物CMCやセラミックス単体における損傷挙動とも比較した。その結果, ある臨界エネルギー以下ではクレーターと多重破壊が生じ, 臨界エネルギー以上ではスポール破壊が生じること, 熱衝撃および高温暴露により脆性破壊モードに移行することが判明した。
CFRPにおける繊維・マトリックス界面の力学的特性評価

岡部朋永

2006年～ 2007年

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単繊維複合材料による繊維・界面の評価結合力要素を組み込んだ有限要素解析を用い、SFCにおける微視的損傷を解析し、以下の結論を得た.繊維破断から発生する母材のき裂および界面の剥がれの発生・進展を解析した。剥がれの進展は、母材のき裂の進展によって大きく抑制される。従って、界面の剥がれは、母材のき裂を考慮して評価する必要がある。繊維破断部近傍の損傷形態に及ぼす母材の塑性変形の影響について調べた。界面の剥がれの進展は、母材の塑性変形によって遅延する。この結果から、弾性モデルを用いた解析方法は、実験結果を説明できる破壊靱性値を高く見積もるため、適切でないことが分かった。また、SFCにおける埋め込まれた繊維の破断過程に対するモンテカルロシミュレーションを行なった。界面の剥がれが繊維破断近傍の支配的な損傷である場合、破断数は飽和する。この場合、Huiらの理論モデルで繊維強度の推定が行える。一方、母材のき裂が繊維破断近傍で発生する場合、剥がれの発生は抑制され、破断数が飽和しない。この場合、本シミュレーション結果は、弾塑性シアラグモデルを用いたモンテカルロシミュレーション結果と良く一致することが示された。微視的モデルに基づく繊維強化複合材料の強度予測実験にて求めた構成材料の機械的性質・強度を基に、一方向CFRP複合材料の引張強度予測を行った。本予測手法を用いれば、構成材料(繊維・マトリックス)の特性をデータベース化しておくことで、設計に幅広く利用することができる。具体的には、ばね要素モデルの結果とサイズスケーリング手法を組み合わせて、一方向CFRP複合材料の引張強度の予測を行ったところ、概ね予測することができた。一方、通常のワイブル分布を用いた場合の予測結果は実験と比べ、極めて高い値となった。つまり、一方向CFRP複合材料の引張強度を予測する上で、合成ワイブルモデルは必要不可欠な考え方である。
圧電センサによる航空機CFRP構造の衝撃損傷モニタリングの研究

福永久雄, 胡寧, 岡部朋永, 亀山正樹

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

研究機関：Tohoku University

2005年～ 2007年

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本研究では,将来の航空機CFRP構造の信頼性・安全性の一層の向上を図るため,ひずみセンサを構造内に組み込んだ知的複合材構造について,運航中に衝撃荷重を自動的・実時間でモニターし,その衝撃荷重情報からCFRP構造の損傷状態を実時間で予測する評価技術を確立することを目的としている.本研究で得られた主要な成果は以下の通りである. 1. 解析モデルを必要としない実験的衝撃荷重同定法を構築し,この関係を用いて衝撃荷重位置・履歴の同定を行った.特に,インパルスハンマ打撃による伝達関数作成法を完成させ,この伝達関数を用いて衝撃荷重同定を行った.本手法をCFRP補強パネル,および,落錘衝撃下のCFRP積層板に適用して,高精度の衝撃荷重位置・履歴同定が可能であることを明らかにした. 2. SACMA法に基づく落錘衝撃試験を行い,衝撃エネルギと最大荷重の関係,衝撃エネルギと損傷の関係を実験的に求め,解析結果とよく一致することを示した.また、超音波探傷による層間はく離の実験値と有限要素法による解析値とを比較し、はく離の大きさ・はく離形状ともよく一致する結果が得られた。 3. 実験的衝撃荷重同定により得られた荷重履歴より衝撃損傷の有無を容易に判定できることを示した。また、衝撃荷重同定による最大衝撃荷重の情報より,積層板内に発生する層間はく離の大きさ,および,横き裂の発生領域を実時間で予測できる手法を確立した。
アクティブセンシングによる複合材構造の実時間ヘルスモニタリングの研究

福永久雄, 胡寧, 岡部朋永, 亀山正樹, 鈴木寛

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

研究機関：TOHOKU UNIVERSITY

2003年～ 2004年

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本研究では,将来の高速車輌や航空機における積層複合材構造の信頼性・安全性の一層の向上を図るため,異物衝突や経年劣化による損傷を非破壊的・自動的かつ実時間で検出するヘルスモニタリング法の確立を目的とした.本研究により得られた主要な成果は以下の通りである. 1.圧電センサを組み込んだCFRP積層板およびアルミニウム板について,センサ応答から衝撃荷重の位置,および履歴を実時間で同定する衝撃荷重同定法を確立し,インパルスハンマーによる打撃実験によりその有効性を検証した.本手法は,従来開発された手法と比べ,短時間(異物衝突後2〜3秒以内)および高精度の衝撃荷重同定を行うことができる.さらに,本手法により推定した最大衝撃荷重を用いて,衝撃損傷の種類と大きさを予測する衝撃損傷モニタリング法を開発し,実時間での損傷モニタリングが可能となった. 2.圧電アクチュエータと圧電センサを用いたアクティブセンシングによるヘルスモニタリング法を開発し,CFRPクロスプライ積層材のマトリックスき裂を定量的に検出する手法を確立した.圧電アクチュエータで発生させたラム波を圧電センサで計測し,周波数/時間領域で信号処理することにより,マトリックスき裂の数を正確に評価することが可能となった. 3.高効率のスペクトル要素を用いた波動解析用有限要素プログラムを開発し,マトリックスき裂をあるいは層間はく離を有する積層はりの損傷位置を高精度に同定できることを示した.
繊維強化プラスチックの損傷力学的評価とヘルスモニタリング技術開発

岡部朋永

2002年～ 2003年

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電気抵抗変化によるヘルスモニタリング炭素繊維強化複合材料においては繊維が導電性を有するため、その破断は電気抵抗変化の形でモニタリングすることが可能である。そこで、数値解析および損傷力学モデルを併用することで、引張荷重下の損傷のモニタリングを試みた。特に材料内部の繊維の状況を等価電気回路に置き換えた数値解析手法は世界でも類を見ないものである。実験結果は予測結果と良く一致しており、有効なヘルスモニタリング手法であることが示された。損傷力学モデリング複合材内部に発生するき裂が引き起こす剛性の低下を、損傷力学モデルによって評価した。このとき、従来では損傷テンソルの導出が曖昧であり、得られた結果を現象と結びつけることが出来なかった。そこで、き裂近傍の変位場を解析的に解くことによって、損傷テンソルの導出を行った。数多くの先行研究における実験結果と比較検討を行ったところ、様々な積層構成を有する積層板に適用が可能であることがわかり、妥当な結果を得ることが出来た。また、この定式化を利用した有限要素法による数値破壊シミュレーションを確立した。ラム波を用いたヘルスモニタリング近年、注目を集めているラム波を用いたヘルスモニタリングを先に述べた損傷力学を利用することで行った。複合材中を伝播する波の速度は損傷量が増えるにつれ低下し、解析結果は実験結果と良く一致した。また、この技術をもとに、機械的ひずみの増大に伴う剛性の上昇を加味した新しいヘルスモニタリング手法を確立した。
CFRP積層板の構造ヘルスモニタリング:90度層クラック検出・抑制システムの構築

武田展雄, 岡部朋永, 岡部洋二

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

研究機関：The University of Tokyo

2001年～ 2002年

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本研究では、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)複合材料の損傷過程において、特に、初期段階で発生する90度層中のクラックに対し、自己検知・抑制できる構造ヘルスモニタリングシステムを構築することを目的とする。クラックの検知は積層板中に埋め込んだ、新規開発中の細径(外径52μm)FBG光ファイバセンサで行った。CFRP積層板の90度層中にクラックが発生すると、隣接した層中のひずみ分布も不均一になる。そのため、隣接層中に埋め込んだFBGセンサからの反射光スペクトルも変化するので、この現象を利用することでクラック検出が可能となる。筆者らは既に、通常の太さのFBGセンサについてこのクラック検出法を確立しており、本研究においてはこの方法を、細径FBGセンサで実現させた。この方法により、基本的な直交積層板に加え、一般的な擬似等方性積層板に適用することに成功した。次に、クラック発生・進展の抑制は、層間に埋め込んだ形状記憶合金箔(厚さ40μm)で行った。これは、温度を上げると形状記憶効果によって発生する回復応力(収縮応力)を利用するもので、これによってクラックの発生ひずみを遅らせ、さらにはクラックの増加も低く抑えることを試みた。形状記憶合金箔をCFRP直交積層板中に埋め込み、これを、恒温漕付き引張試験機を用い、様々な温度環境中で引張試験を行うことで実験的に検証した。それと同時に、この効果をBrinsonモデルとShear-lag解析を用いて理論的に定式化することに成功した。さらに、これらの実験結果と理論解析結果から、形状記憶合金箔の回復応力を効率よく利用できるための最適な埋込位置と枚数、予ひずみ量、上昇温度等を検討した。さらにFBG光ファイバセンサによる90度層クラック検出とSMA箔によるクラック発生・進展の抑制を同時に行うことにも成功した。

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担当経験のある科目(授業) 3

力学と物理数学　東北大学
弾性力学　東北大学
固体力学　東北大学

社会貢献活動 9

仙台市立青陵中等教育学校講演会

2017年9月19日～

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1年生とそのPTA向けの講演
金沢工業大学特別講義

2017年6月10日～

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複合材料の設計について講義を行う
土木学会東北地区応用力学フォーラム

2016年10月4日～

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講師
ダッソー・システムズ・バイオビア株式会社講演会

2016年6月15日～

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マルチスケール・シミュレーション・プロジェクトに関わる研究成果について講演
株式会社インテリジェント・コスモス研究機構第四回ＣＦＲＰ研究会講演会

2016年1月13日～

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講師
青森県立弘前南高等学校出前講義

2015年7月9日～

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青森県立弘前南高等学校生徒への講義を行う
サイエンスカフェ第85回

2012年10月26日～

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講演「次世代航空機への挑戦～航空機開発の最前線～」
河北新報「次世代航空機開発へ」

2012年4月3日～
中日新聞

2012年4月～

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「次世代航空機研究センター発足」

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メディア報道 1

河北新報「科学の泉」

2014年4月

メディア報道種別: 新聞・雑誌

その他 63

CFRPの低コスト製造プロセスに関するマルチスケールシミュレーション技術開発

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分子シミュレーションに基づく高性能かつ高生産性を有する樹脂の開発
異種材料接着における分子・マクロ計算の連係法の調査研究

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分子動力学法と有限要素法を連結し、異種材料界面の破壊を再現する手法を確立する
CMC損傷評価技術の開発

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CMC損傷評価に関する解析手法および評価技術の開発
次世代複合材民間旅客機体設計ツールの開発

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東北大学の空力・構造同時多目的最適化設計ツールを用い、複合材旅客機体設計の技術課題を抽出する。
繊維強化複合材料のマルチスケールシミュレーション技術の開発

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繊維強化複合材料の力学特性を抜本的に向上させ、航空機構造用の軽量化を推進するための新しい材料設計の方法論を創出する。
炭素繊維複合材の切削加工の技術開発

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次世代構造部材創製・加工技術開発（航空機用難削材高速切削加工技術）の開発
CMC損傷評価技術の開発

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CMC損傷評価に関する解析手法および評価技術の開発
異種材料接着における分子・マクロ計算の連係法の調査研究

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分子動力学法と有限要素法を連結し、異種材料界面の破壊を再現する手法を確立する
複合材料の破壊解析とシミュレーションによる検証

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実験の破壊を再現するモデルを作成する
繊維強化複合材料のマルチスケールシミュレーション技術の開発

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繊維強化複合材料の力学特性を抜本的に向上させ、航空機構造用の軽量化を推進するための新しい材料設計の方法論を創出する。
CMC損傷評価技術の開発

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CMC損傷評価に関する解析手法および評価技術の開発
航空機用構造設計シミュレーション技術開発

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次世代構造部材創製・加工技術開発（航空機用難削材高速切削加工技術）の開発
CFRP接着における分子・マクロ計算の連携法の調査研究

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分子・マクロ計算間で計算条件や材料物性を相互にやりとりする方法論の調査研究
異種材料接着における分子・マクロ計算の連係法の調査研究

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分子動力学法と有限要素法を連結し、異種材料界面の破壊を再現する手法を確立する
複合材料の破壊解析とシミュレーションによる検証

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実験の破壊を再現するモデルを作成する
炭素繊維複合材の切削加工の技術開発

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次世代構造部材創製・加工技術開発（航空機用難削材高速切削加工技術）の開発
繊維強化複合材料のマルチスケールシミュレーション技術の開発

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繊維強化複合材料の力学特性を抜本的に向上させ、航空機構造用の軽量化を推進するための新しい材料設計の方法論を創出する。
CFRPの低コスト製造プロセスに関するマルチスケールシミュレーション技術開発

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分子シミュレーションに基づく高性能かつ高生産性を有する樹脂の開発
軽量耐熱複合材（CMC）の損傷評価技術の開発

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CMC損傷評価に関する解析手法および評価技術の開発
複合材料の破壊解析とシミュレーションによる検証

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実験の破壊を再現するモデルを作成する
熱可塑性CFRPの開発及び構造設計・加工基盤技術の開発

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熱可塑性CFRPの開発及び構造設計・加工基盤技術の開発
繊維強化複合材料のマルチスケールシミュレーション技術の開発

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繊維強化複合材料の力学特性を抜本的に向上させ、航空機構造用の軽量化を推進するための新しい材料設計の方法論を創出する。
等方性CFRTPの材料・構造マルチスケール解析技術の研究

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等方性CFRTPの長期耐久性評価モデルを構築し、寿命予測シミュレーション手法を確立する。
軽量耐熱複合材（CMC）の損傷評価技術の開発

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CMC損傷評価に関する解析手法および評価技術の開発
CFRPに対するマルチスケール構造解析・設計手法の研究

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CFRP構造に対する新規構造解析手法（マルチスケール解析）の開発
高分子の大変形過程の可視化

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結晶性高分子の大変形時に内部で起こる現象を表すためのモデル開発と検証
炭素繊維複合材の切削加工技術開発

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次世代構造部材創製・加工技術開発（航空機用難削材高速切削加工技術）の開発
繊維強化複合材料のマルチスケールシミュレーション技術の開発

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繊維強化複合材料の力学特性を抜本的に向上させ、航空機構造用の軽量化を推進するための新しい材料設計の方法論を創出する。
CFRPに対するマルチスケール構造解析・設計手法の研究

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CFRP構造に対する新規構造解析手法（マルチスケール解析）の開発
軽量耐熱複合材（CMC）の損傷評価技術の開発

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CMC損傷評価に関する解析手法および評価技術の開発
新規等方性短繊維CFRTPのミクロ構造解析技術の研究

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新規等方性短繊維CFRTPのミクロ構造解析技術の研究
熱硬化性樹脂の硬化反応特性に関する数値シミュレーション技術の開発

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熱硬化性樹脂の主剤と硬化剤との組み合わせに依存する硬化時間並びに架橋形成を予測する数値シミュレーション技術の開発
ガラス繊維強化熱可塑性樹脂の各種特性に関する数値シミュレーション

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ガラス繊維の径や長さ、強化熱可塑性樹脂との界面密着状態等をパラメータとしたシミュレーションプログラムを開発する。
CFRPに対するマルチスケール構造解析・設計手法の研究

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CFRP構造に対する新規構造解析手法（マルチスケール解析）の開発
軽量耐熱複合材（CMC）の損傷評価技術の開発

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CMC損傷評価に関する解析手法および評価技術の開発
奨学研究費

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研究助成の為
複合材料研究センター助成金

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研究助成の為
新規等方性短繊維CFRTPのミクロ構造解析技術の研究

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新規等方性短繊維CFRTPのミクロ構造解析技術の研究
熱硬化性樹脂の硬化反応特性に関する数値シミュレーション技術の開発

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熱硬化性樹脂の主剤と硬化剤との組み合わせに依存する硬化時間並びに架橋形成を予測する数値シミュレーション技術の開発
Development Of An Analytical Tool For Damage Evolution Of Cracked Particle Reinforced Rubber Composite(PRC)

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Development Of An Analytical Tool For Damage Evolution Of Cracked Particle Reinforced Rubber Composite(PRC)
奨学研究費

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研究助成の為
新規等方性短繊維CFRTPのミクロ構造解析技術の研究

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新規等方性短繊維CFRTPのミクロ構造解析技術の研究
一方向CFRPの界面特性が破壊強度に与える影響に関する数値シミュレーション

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一方向CFRPの界面特性が破壊強度に与える影響に関する数値シミュレーション
複合材料研究センター助成金

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研究助成の為
CFRP積層板へのソフトボディ衝突時の損傷進展解析技術の研究

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界面強度と破壊靱性値の影響を考慮するために繊維－樹脂界面に結合力要素を導入した数値シミュレーション手法を構築し、一方向CFRPの破壊形態や強度に及ぼす影響を明らかにすると共に強度向上のための指針について検討する。
CFRP積層板の高速衝撃挙動の予測技術の研究

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複合材ファンシステムの衝撃損傷問題に関する解析面からの取組を行うものであり、ファンシステムにおける衝撃現象高速衝撃による複合材料の損傷・破壊現象のモデル化とシミュレーション手法の研究開発を行う。
2009年度＿研究助成のため

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岡部朋永准教授に対する研究助成
新規等方性短繊維CFRTPのミクロ構造解析技術の研究

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新規等方性短繊維CFRTPの強度解析
研究助成

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岡部朋永准教授に対する研究助成
研究助成

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岡部朋永准教授に対する研究助成
数値解析によるCFRP積層板の高速衝撃損傷の予測に関する研究

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数値解析によるCFRP積層板の高速衝撃損傷の予測を行う
2008年度＿研究助成のため

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岡部朋永准教授に対する研究助成
新規等方性短繊維CFRTPのミクロ構造解析技術の研究

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新規等方性短繊維CFRTPの強度解析をおこなう。
研究助成

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岡部朋永准教授に対する研究助成
研究助成のため

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岡部朋永准教授に対する研究助成
CFRP積層板の高速衝突損傷解析に関する研究

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CFRP積層板の高速衝突損傷解析を行う
２００７年度研究助成

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岡部朋永准教授に対する研究助成
２００７年度研究助成のため

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岡部朋永准教授に対する研究助成
２００７年度研究助成

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岡部朋永准教授に対する研究助成
２００７年度＿研究助成

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岡部朋永准教授に対する研究助成
２００６年度研究助成

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岡部朋永准教授に対する研究助成
構造ヘルスモニタリングシステムにおけるセンシング最適化に関する委託研究

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構造ヘルスモニタリングシステムにおけるセンシング最適化を行う
熱焼反応流中における先進セラミック基複合材料の曝露試験法の提案

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熱焼反応流中における先進セラミック基複合材料の曝露試験法の提案sしている

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