粒子分散型傾斜機能材料におけるき裂の挙動に関する基礎研究

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06650100
• Research Institution: Shizuoka University
• Principal Investigator: 東郷 敬一郎 静岡大学, 工学部, 助教授 (10155492)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 荒木 弘安 静岡大学, 工学部, 助手 (60115433) ; 石井 仁 静岡大学, 工学部, 教授 (90022235)
• Keywords: 傾斜機能材料 / 破壊力学 / き裂挙動 / 粒子分散複合材料 / 有限要素法 / き裂先端特異場

Research Abstract

傾斜機能材料におけるき裂挙動の評価手法を確立するために、平成6年度は破壊力学パラメータおよびき裂先端特異場に及ぼす傾斜の影響を明らかにする解析、および粒子分散複合材料の材料組成と機械的特性の関係を明らかにする実験を行った。
1.解析的研究において、粒子分散複合材料の増分型損傷理論に基づく有限要素法により、傾斜機能材料中のき裂の弾性から弾塑性にわたる解析を行い、応力拡大係数K値、塑性域、応力・ひずみ場に及ぼす傾斜の影響について調べた。その結果、応力拡大係数に及ぼす傾斜の影響は顕著であり、通常の破壊力学試験片のK値の式は適用できないこと、同一K値のき裂先端の塑性域寸法は傾斜の影響を受けるが、き裂先端特異場はき裂先端の材料特性を用いて非傾斜材と同様に記述されること、ただし、傾斜の度合が大きい場合は傾斜の影響が現われる可能性があることを明らかにした。
2.実験的研究においては、非傾斜複合材料として、熱可塑性樹脂ナイロン66にガラス粒子を分散させた複合材料で、体積率および粒子界面の表面処理を変えた7種類の材料を作成し、機械的性質および破壊靱性に及ぼす粒子体積率および界面処理の影響について調べた。その結果、ヤング率、引張強、破断延性および破壊靱性と粒子体積率の関係を明らかにし、また、粒子マトリックスの界面強度は引張強さおよび破壊靱性に大きな影響を及ぼすことを示した。
今後、ガラス粒子分散型ナイロン66傾斜材料を作成し、傾斜材料についてき裂の進展挙動の実験を行い、解析的研究の結果とともに総合的に検討し、き裂挙動の評価手法の確立を目指す。

Research Products

• [Publications] 東郷敬一郎: "粒子分散型傾斜機能材料におけるき裂の弾塑性解析" 日本機械学会講演論文集(No.940-30). 1. 119-121 (1994)
• [Publications] 東郷敬一郎: "粒子分散型傾斜機能材料におけるき裂先端特異場の解析" 日本機械学会講演論文集(No.940-54). 27-28 (1994)
• [Publications] 東郷敬一郎: "傾斜機能材料におけるき裂挙動の評価" 日本機械学会関西支部第70期講演会. (1995)
• [Publications] Keiichiro Tohgo: "Analysis of Crack・Tip Singular Field in Particulate-Dispersed Funcfionally Graded Material" Plasticity'95. (1995)