混合モード衝撃荷重下のファインセラミックスの破壊のクライテリオンに関する研究

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04650066
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 中野 元博 大阪大学, 工学部, 助教授 (40164256)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岸田 敬三 大阪大学, 工学部, 教授 (00029068)
• Keywords: 衝激破壊試験 / 混合モード破壊 / ファインセラミックス / 動的応力拡大係数 / 動的破壊じん性 / 衝撃破壊基準 / アルミナ / 負荷速度依存性

Research Abstract

構造用ファインセラミックスは耐熱性、耐食性など他の材料にはない特長を有し、エンジン部品等への利用が期待されている。しかし、セラミックスは硬くて脆いために耐衝撃性が問題となり、その活用には衝撃で発生する複雑な応力状態下の破壊に対する強度評価が極めて重要である。本研究では、混合モード衝撃荷重下におけるセラミックスの動的破壊じん性を正確に測定できる試験法を開発し、その破壊のクライテリオンについて検討した。本研究で開発した新しい混合モード衝撃破壊試験法は、直径方向に中央切欠を有するセラミックス円板を切欠方向あるいはその斜め方向から衝撃圧縮する簡単な負荷方法により、純モードIから純モードIIの広範囲の混合モード下の動的破壊じん性を正確に測定できる独自の試験システムである。動的破壊じん性は、き裂の進展開始時における動的応力拡大係数の臨界値として評価される。動的応力拡大係数は、本衝撃圧縮試験装置内の弾性波の伝播を測定・記録・解析して得た円板に作用する衝撃荷重の実測波形に対して、予め有限要素解析で求めたステップ応答関数を重ね合わせることにより正確に数値計算される。破壊開始時刻は切欠先端近傍のひずみゲージにより正確に検出される。中央切欠円板を用いた混合モード衝撃破壊試験でアルミナとジルコニアの動的破壊じん性を測定した。同じ円板試験片で6桁低い負荷速度下の静的破壊じん性を測定した結果と比較すると、ジルコニアの動的破壊じん性は静的の約2倍に増大したが、アルミナの方は動的と静的でほとんど差がないことが明かになった。中央切欠円板に対して種々の角度で衝撃破壊試験を行った結果から、モードIとモードIIの混合負荷下の動的な破壊基準を明らかにした。

Research Products

• [Publications] Motohiro Nakano and Keizo Kishida: "Mixed-Mode Impact Fracture Tests Using Center-Notched Disk Specimens" Proceedings of The International Symposium on Impact Engineering. Vol.II. 581-586 (1992)
• [Publications] M.Nakano,K.Kishida,Y.Yamauchi and Y.Sogabe: "Dynamic Fracture Initiation in Brittle Materials under Combined Mode I/II Loading" Proc.Int.Conf.on Mechanical and Physical Behavior of Materials under Dynamic Loading. in print. (1994)