熱応力を緩和させるためのき裂を有する傾斜機能材料の設計支援システムの開発

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03650081
• Research Institution: Shizuoka University
• Principal Investigator: 野田 直剛 静岡大学, 工学部, 教授 (20022238)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 辻 知章 静岡大学, 工学部, 助教授 (80188531)
• Keywords: 弾性 / 熱応力 / 傾斜機能材料 / 熱衝撃 / 不均質 / 物性値の温度依存性 / き裂 / 有限要素法

Research Abstract

本年度の研究計画は 1.理論的解析手法の確立として、(1)端面亀裂を有する傾斜機能円筒の熱衝撃の解析手法の確立、(2)端面亀裂を有する傾斜機能平板円筒の最適組成を決定する手法の確立、2.非線形計画法に基づく最適組成成分決定専用プログラムの開発することである。
1.理論的解析手法の確立について 本年度は傾斜機能円筒の熱応力を解析する予定であったが、昨年度発見した任意の不均質特性を持つ一次元非定常熱伝導方程式の解析手法を用いて傾斜機能平板の非定常熱応力の理論解析を昨年に引続き実行した。傾斜機能平板の熱応力の結果から、加熱・冷却サイクルを受ける傾斜機能平板は冷却開始時に大きな引張り応力が発生し、この熱応力により亀裂が発生するこ、、その亀裂長さは亀裂表面近くに生じ比較的短いことがわかった。その成果は第2回FGM国際シンポジウムで発表するとともに日本機械学会に投稿中である。
内部亀裂を有する傾斜機能平板の定常熱応力については、昨年成功した解析法を用いて境界に平行な亀裂を有する場合について理論解析を行い、物性値の位置の依存性が応力拡大係数に及ぼす影響を明かにし、その結果を第2回FGM国際シンポジウムで発表した。
2.数値解析手法の確立について 要素内の材料の傾斜性および物性値の温度依存性を考慮した傾斜機能材料の熱衝撃問題の専用プログラムを開発中であり、物性値の温度依存性を考慮した傾斜機能平板の熱衝撃問題について数値解析を行った。その結果、温度依存性を考慮しない場合の理論解析結果と定性的には一致するが、定量的には大きな違いが有ることを具体的に明らかにした。亀裂がある場合についても計算を行い、破壊力学的にも発生する亀裂長さは亀裂表面近くに生じ比較的短いことがわかった。その成果を第2回FGM国際シンポジウムで発表した。

Research Products

• [Publications] 〓・野田 JIN Noda: "Minimization of Thermal Stress Intensity Factors for a Crack in a Metal-Ceramics Mixture Strip" Second Int. Symposium on Functionally Gradient Materials.
• [Publications] Obata,Noda: "Transient Thermal Stresses in a Plate of Fundionally Gradient Material" Second Int.Symposium on Functionally Gradient Materials.
• [Publications] Fuchiyama,Noda: "Analysis of Thermal Stress and Stress Intensity Factor of Functionally Gradient Materials" Second Int. Symposium on Functionally Gradient Materials.
• [Publications] 小畑 野田: "傾斜機能平板の一次元非定常熱応力" 第5回傾斜機能材料シンポジウム<FGM'92>講演集. 47-58 (1992)
• [Publications] 渕山,野田,辻,小畑: "き裂を有する傾斜機能平板の非定常熱応力" 第5回傾斜機能材料シンポジウム<FGM'92>講演集. 79-86 (1992)