層間剥離解析 — 理論と支配方程式

その通り。層間剥離は積層板の層と層の間が剥がれる破壊で、複合材の最も一般的かつ危険な損傷モードだ。表面からは見えない「内部損傷」であり、検出が困難なことが危険性を高める。

低速衝撃（落下物、工具の落下等）で表面にほとんど痕跡がないのに、内部で広範囲に層間剥離が広がっている場合がある。これがBVID（Barely Visible Impact Damage）と呼ばれ、航空機の複合材設計で最も重要な設計条件だ。

層間剥離は層間のせん断応力（$\tau_{xz}, \tau_{yz}$）と剥離応力（$\sigma_z$）が界面の強度を超えたときに発生する。

破壊力学的には3つのモードがある：

Mode Iの臨界エネルギー解放率 $G_{Ic}$ が最も低い（$\approx 0.1 \sim 0.3$ kJ/m²）。Mode IIの $G_{IIc}$ はその2〜4倍。だからMode Iの開口が先行することが多い。

層間剥離の進展条件はエネルギー解放率（Energy Release Rate, ERR）で記述される：

$G$ は現在のエネルギー解放率、$G_c$ は臨界値（材料特性）。

混合モード（Mode I + Mode II が同時に作用）の場合は混合モード基準を使う：

$\alpha = \beta = 1$ がBenzeggagh-Kenane（BK）基準の特殊ケース。

2つの主要手法：

亀裂先端の節点力と開口変位からエネルギー解放率を計算する。既存の亀裂の進展を追跡する手法。

界面にコヒーシブ要素を配置し、応力-開口変位の構成則（トラクション-セパレーション則）で剥離を表現。亀裂の核生成と進展の両方を扱える。

CZMは亀裂の位置を事前に仮定する必要がない（コヒーシブ要素を全界面に配置すればよい）。VCCTは既存亀裂の進展のみ。CZMが現在の主流だ。

要点：

• 層間剥離は複合材の最も危険な損傷 — 表面から見えない（BVID）
• 3つの破壊モード — Mode I（開口）、II（せん断）、III（ねじり）
• エネルギー解放率 $G \geq G_c$ で進展 — 混合モード基準
• CZM（コヒーシブゾーンモデル）が主流 — 核生成＋進展を両方扱える
• VCCTは既存亀裂の進展のみ — CZMより制限的だが計算は軽い

まさにそう。航空機の複合材設計は「最悪のBVIDが存在する前提」で行われる。だからCAI強度が設計許容値になる。