遠心鋳造法による傾斜機能材料の設計と創成法の確立およびその強度評価

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07555348
• Research Category: Grant-in-Aid for Developmental Scientific Research (B)
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 井上 達雄 京都大学, 工学研究科, 教授 (10025950)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 巨 東英 埼玉工業大学, 講師 (10255143) ; 水野 衛 京都大学, 工学研究科, 助手 (70239250) ; 星出 敏彦 京都大学, 工学研究科, 助教授 (80135623)
• Keywords: 材料設計 / 傾斜機能材料 / 金属基複合材料 / 遠心鋳造法 / 有限要素法 / 分子動力学法 / 界面強度 / 相変態

Research Abstract

1.傾斜機能円筒の材料設計:これまでの研究によって確立したMetallo-Thermo-Mechanicsの立場から解析手法によって,任意の強化材分布を有する傾斜機能円筒の材料設計を行った.すなわち,液相における粘性挙動と固相における非弾性変形挙動を統一的に扱える非弾性構成式の精密化と,液-固相変態と完全冷却に至る固相内変態の連続性を考慮して,これまでの理論を発展させ,有限要素解析コードに組込み,これを用いて各種鋳造条件下でシミュレーションを行い,強化材,残留応力分布の変化を明らかにした.
2.傾斜機能円筒の製造:現有の遠心鋳造装置を用いて,円筒を製作した.この際,強化材であるSiC粒子とアルミニウムのマトリックスの間の濡れ性が十分でないため,既混合の材料を用いたが,この場合でも強化材分布は設計で予想したものとかなりよい一致が見られた.
3.マトリックスと強化材界面の損傷評価:遠心鋳造過程の有限要素解析から得られた温度,応力分布の変化を境界条件として与え,母材・強化材界面の生成過程を分子動力学法を用いたシミュレーションを行い,界面強度のミクロな定性的評価を行った.また,界面の破壊過程を強化材とその近傍の母材のみを取出したユニットセルモデルに適用し,有限要素法を用いてユニットセルの変形・破壊過程をシミュレートした.このユニットセルモデルから得られた応力・ひずみ関係を強化材の体積分率が半径方向に変化することを考慮しながら結合し,巨視的な変形挙動を予測することができた.

Research Products

• [Publications] 井上達雄: "変態・熱・力学に基づいた熱処理シミュレーション用CAEシステム“HEARTS"の開発と応用" 材料. 44. 103-109 (1995)
• [Publications] Toshihiko Hoshide: "Strength Characteristics of Continuous SiC Reinforced SiC" 7th Int. Conf. Mech. Behavior Mat.233-234 (1995)
• [Publications] Toshihiko Hoshide: "Dependence of Strength on Size of Flaw Dominating Fracture in Ceramics" Mat. Res. Sci. Int.1. 108-113 (1995)
• [Publications] Mamoru Mizuno: "Simulation for Processing of Metal Matrix Composite" Novel Techniques in Synthesis and Processing of Advanced Materials(Ed. by J. Singh and S. M. Copley). 405-418 (1995)
• [Publications] Mamoru Mizuno: "Simulation of Debonding on the Interface and Subsequent Creep Crack Growth in the Matrix for Metal Matrix Composite" Materials Science Research International. 1. 17-22 (1995)