ランダム系の破壊力学の構築とそれによるセラミックスの強度と潜在欠陥との関係の解析

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02805013
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 星出 敏彦 京都大学, 工学部, 助教授 (80135623)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 井上 達雄 京都大学, 工学部, 教授 (10025950)
• Keywords: 構造用セラミックス / 潜在欠陥 / 曲げ強度 / 微視組織 / 破壊じん性 / 破壊力学 / 結晶破壊モデル / ランダム系

Research Abstract

セラミックスの強度評価上の問題点を説明するモデルとしては,前年度検討した初期の欠陥寸法に材料に固有な一定寸法を加えるモデルの他に,いくつか提案されている。特にこの固有寸法については,欠陥の境界層に想定したバルク部分よりも脆弱な領域の大きさとして取り扱った。このような手法は工学的な強度評価には数学的取扱いが比較的簡便で有用ではあるが,物理的なイメ-ジとしては抽象的であり必ずしも捉えにくいものであることがわかった。そこで,物理的イメ-ジがより明確なモデルとして,初期欠陥(潜在欠陥や吹欠き)の前方における結晶が負荷の増大に伴い破壊されていくことによりき裂成長が起きるとするモデルを提案した。このモデルでは,欠陥の前方の応力場から計算される結晶粒当りの平均のひずみエネルギ-が単結晶の表面実効エネルギ-を超えた時点でその結晶粒が分離すると仮定した。このようなモデル解析を適用することによって,強度の欠陥寸法に対する依存性および破壊じん性値の切欠きの曲率半径に対する依存性を説明した。まず,強度の欠陥寸法依存性に関しては,潜在欠陥と強度の関係について結晶破壊モデルを適用したシミュレ-ションの結果と前年度収集した種々の材料の実験結果とを比較した。その結果,本モデルに基づいてシミュレ-ション結果は実験結果の特異な挙動をよく表しうることがわかった。さらに,き裂先端の結晶粒径を確率変数として変化させた場合のランダム系に対するシミュレ-ションも行った。これによってき裂が短い場合にはき裂先端の結晶粒径の変化の影響を受けてばらつきが大きくなるが,き裂が長くなるとその影響は小さくなりばらつきもなくなることが判明した。一方,切欠き材による破壊じん性評価における切欠きの曲率半径の影響に関して得られている種々の材料の実験デ-タについても,その特性を本解析モデルに基づいてシミュレ-ションによって説明することができた。

Research Products

• [Publications] Toshihiko HOSHIDE: "Simulation of Anomalous Behavior of a Small Flaw in Strength of Engineering Ceramics" Engineering Fracture Mechanics. 38. 307-312 (1991)
• [Publications] Toshihiko HOSHIDE: "Proof Testing of Ceramic Materials Subjected to Cyclic Loading" Proc.6th Int.Conf.Mech.Behav.Mater.1. 691-696 (1991)
• [Publications] Junichi KITAZUMI: "Static and Fatigue Strength and Their Relations to Flaw Size Distribution in Ceramics" Proc.6th Int.Conf.Mech.Behav.Mater.1. 697-702 (1991)