液滴の高速衝突による空洞発生とミクロ衝撃破壊の解明

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 01420022
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 島 章 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (30006168)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 冨田 幸雄 北海道教育大学, 教育学部函館分校, 助教授 (00006199) ; 高山 和喜 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (40006193) ; 小林 陵二 東北大学, 工学部, 教授 (70006170) ; 前川 一郎 東北大学, 工学部, 教授 (70018464)
• Keywords: 液滴 / パルスジェット / 高速液体衝突 / キャビテ-ション気泡 / 衝撃波 / ミクロ破壊 / 損傷ピット / ガス銃

Research Abstract

本年度はパルスウォ-タ-ジェットの高速衝突による壁面損傷に関する実験を通して,液体の高速衝突と材料のかい食機構との関わりについて検討を行った。昨年まで行ってきたサボ方式の液滴高速衝突の原理とは異り,本年度は火薬駆動のガス銃で発射されるプラスチック弾丸を,ノズル内に停留させた微小水塊を分離しているネオプレンゴムに衝突させ,その際の衝撃によって3000m/sを超えるプリカ-サ-を伴うパルスウォ-タ-ジェットを生成させた。このモンロ-ジェットは,ノズル出口で凹面形状の水面に衝撃波が作用することによって形成されるものであり,Shaped Charge,ウルトラ・ジェットあるいは気泡に衝撃波が作用する結果生じる高速微小噴流の生成機構と本質的に類似しているものと考えられる。この種のパルスジェットがアクリル壁に衝突することによって,固体内に生じるき裂の進展状況が明瞭に観察できた。また,タ-ゲットがアルミニウムの場合には,液体ジェットの構造に対応する傷痕が忠実に試片表面に現われ,過去に提示された知見が,条件的に限定された結果であることが明らかになった。本実験の範囲において,損傷面積の広がりはノズル出口速度,あるいはパルスシェットの壁面衝突速度には依存しておらず,スタンド・オフ距離に対応するジェットの広がりに比例すること,これに対して中央ピットはジェット速度に比例してその径が増大していることが明らかとなった。また,クレ-タ-の大きさはジェットの運動エネルギ-の増大に伴って広がる傾向にあること,さらには水滴の高速衝突に起因すると思われる多数のミクロな損傷ピットの存在を確認した。以上の成果を,今年度日本機械学会(4月,8月)および日本ウォ-タ-ジェット学会(7月)が開催する講演会において発表する予定である。

Research Products

• [Publications] Y.Tomita: "Secondary Cavitation due to Interaction of a Collapsing Bubble with a Rising Free Surface" Appl.Phys.Lett.59. 274-276 (1991)
• [Publications] 冨田 幸雄: "自由表面近傍での気泡運動に関する研究" 日本機械学会論文集(B編). 57. 2894-2898 (1991)
• [Publications] 冨田 幸雄: "ガス銃によるパルスウォ-タ-ジェットの高速衝突と壁面損傷" 東北大学流体科学研究所報告. 3. (1992)
• [Publications] 冨田 幸雄: "ガス銃によるバルスウォ-タ-ジェットの生成と壁面損傷に関する研究" ウォ-タ-ジェット. (1992)
• [Publications] 冨田 幸雄: "位相差のある2個のレ-ザ生成気泡の相互作用" 日本機械学会関西支部第67期定時総会講演会にて発表予定. (1992)
• [Publications] 冨田 幸雄: "パルスウォ-タ-ジェットの高速衝突による壁面損傷" 日本機械学会第69期通常総会講演会にて発表予定. (1992)