熱応力緩和型傾斜機能材料の構成式とその設計プログラムの開発に関する研究

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06650101
• Research Category: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• 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・弾塑性 / 熱応力 / 傾斜機能材料 / 熱衝撃 / 損傷力学 / 構成方程式 / 粒子分散型モデル / 破壊力学

Research Abstract

本年度の研究は (1)粒子の損傷を考慮した熱弾・塑性構成式の研究と (2)熱応力緩和型傾斜機能材料の設計とプログラムの開発の両面から進めている。本年度の成果は以下の通りである。
(1)粒子の損傷を考慮した熱弾・塑性構成式の研究
(2)熱応力緩和型傾斜機能材料はセラミックスと金属の組成が連続的に変化し、その組成形態は多くの場合粒子分散型であるため、粒子分散型モデルに基ずき、熱弾・塑性構成式を求めた。特に本年度は母材が金属であり、粒子がセラミックスで構成され、母材の金属が塑性変形を生ずるが、セラミックス粒子は弾性変形を受けかつ損傷するとして、傾斜機能材料の熱弾・塑性構成式を求めた。粒子の損傷を考慮した熱弾・塑性構成式もを用いて、作成時の熱履歴を受けた傾斜機能材料の引張り試験を数値シミュレーションを行った。その結果、マクロ的には無応力状態でも、ミクロ的には大きな応力が発生していることがわかった。このミクロ的な大きな応力が損傷につながり、単にマクロ的な構成方程式では傾斜機能材料の熱応力の正確な数値シミュミレーションはできないことがわかった。
熱応力緩和型傾斜機能材料の設計プログラムの開発
熱応力緩和型傾斜機能材料は高温で作成するための作成時の残留応力が生ずる。この残留応力が疲労き裂の発生、熱ラチエットの発生等に大きな影響を与えることが報告されているため、まず残留応力が無い場合について、弾・塑性変形を考慮したき裂有する傾斜機能材料のシミュレーションプログラムの開発を行った。その結果、亀裂近辺では大きな熱応力が発生し、応力拡大係数が破壊靱性値を上回る場合があることがわかった。

Research Products

• [Publications] 野田直剛: "機傾斜機能材料の熱応力問題" 日本機械学会 講演論文集 全国大会講演会. No.940-30. 122-123 (1994)
• [Publications] N.Noda: "Thermal Stresses in Functionally Gradient Materials" 2nd Int.Conf.on Materials Engng for Resources. 210-220 (1994)
• [Publications] A.Asakawa&N.Noda: "Thermo-elastic Constitutive Equations of Particle Reinforced Composite" 2nd Int.Conf.on Materials Engng for Resources. 67-68 (1994)
• [Publications] N.Noda: "Thermal Stresses-Fracture in Functionally gradient Plate" JSSUME'95,Fracture Mechanics and Related Topics. 47-57 (1994)
• [Publications] 野田直剛: "機傾斜機能材料の熱応力問題" 日本機械学会 講演論文集 計算力学講演会. No.940-54. 19-20 (1994)
• [Publications] 倉田哲男,辻知章,野田直剛: "き裂を有する機傾斜機能平板の熱応力解析" 日本機械学会 講演論文集 計算力学講演会. No.940-54. 23-24 (1994)