金属マトリックス複合材料の高温強度特性のマイクロメカニックスに関する研究

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07650084
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: 土田 栄一郎 埼玉大学, 工学部, 教授 (80016550)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 内山 豊美 埼玉大学, 工学部, 助手 (20151904) ; 荒井 善雄 埼玉大学, 工学部, 助教授 (70175959)
• Keywords: 複合材料 / MMC / 弾性学 / 熱弾性 / き裂 / マイクロメカニックス / 介在物 / 破壊力学

Research Abstract

航空,宇宙機器の先端構造材料として,繊維強化金属FRM(あるいは金属系複合材料MMC)が開発され,実用化されている.本研究ではMMCの高温における強度特性を明らかにするために,理論解析と実験により介在物のマイクロメカニックスに関する研究を行い,以下の結果を得た.
1.無限弾性体に楕円体状介在物と円環状き裂が存在し、引張荷重を受ける場合を考え,まず内部に空かあるいは円形き裂をもつ偏平回転楕円体介在物が無限体に存在し,1軸引張重をうける場合を解いた.介在物は完全接着と境界にすべりを許した場合を解析した.焦点間距離の半分c=1とし,空かをもつ介在物の厚さdを1/100とすると介在物の繊維補強効果は殆ど無いが,厚さを1/20とすると介在物の繊維補強効果は顕著にあらわれる.介在物を円環き裂をすれば目的の結果が得られるか研究を続行中である.
2.MMCの熱応力の問題として,偏長回転楕円体状介在物あるいは空かをもつ厚板の上面の一定領域を加熱,下面の一定領域を冷却する場合の定常熱応力問題を熱弾性理論に基づいて厳密に解析し,応力分布,変位分布に及ぼす加熱領域の大きさ,介在物の大きさ,形状比,横弾性係数比の影響を求めた.さらに,アイソパラメトリック2次要素を用いた境界要素法により楕円介在物の解析を行い,理論と良く合うことを確認した.すべりを許した場合のプログラムも作成中である。
3.板厚の異なる(25mm,15mm,3mm)Ti-6A1-4V合金について破壊靱性試験を行い,超音波法およびAE法を用いて板厚中央部の破壊開始荷重を測定する方法を開発し,従来手法(ASTM-E399)と比較検討した.その結果,超音波法やAEを用いれば板厚に関わらず板厚中央部の破壊開始荷重を測定可能であることが明らかとなった.特に板厚の薄い場合,延性引裂き破壊進行時の平坦破壊とせん断破壊の進展挙動を明らかにした.

Research Products

• [Publications] 荒居善雄: "プラズマディスラプション模擬損傷材の残存疲労寿命に及ぼす繰り返し熱負荷の影響" 日本機械学会論文集. A 61 NO.583. 501-507 (1995)
• [Publications] 荒居善雄: "超音波法によるセラミックス/金属接合材の界面破壊過程の実測および評価" 日本機械学会論文集. A 61 578号. 1473-1479 (1995)
• [Publications] Eiichiro Tsuchida: "Stress field in a half space containing an oblate spheroidal inhomogeneity subject to pure shear eigenstrain" ACTA MECHANICA SOLIDA SINICA. 8. 609-619 (1995)
• [Publications] Eiichiro Tsuchida: "Steady state thermal stresses in an elastic thick plate containing a prolate spheroidal inhomogeneitiy with constant temperature applied on the circle regions of both playte surfaces" Thermal Stresses '95,. 1. 215-218 (1995)
• [Publications] Yoshio ARAI: "Evaluation of strength of ceramic-metal joints arter thermal cycle by ultrasonic technique" ATEM7 95. 147-152 (1995)
• [Publications] Yoshio ARAI: "Evaluation of stress field and stress intensity factor for interface crack" Theoretical and Appl. Mech.,. 44. 117-125 (1995)
• [Publications] Eiichiro TSUCHIDA: "Stress Interference between two prolate spheroidal inhomogeneities and an annular crack" Theoretical and Appl. Mech.44. 155-166 (1995)
• [Publications] 土田栄一郎: "直線縁に垂直な楕円介在物を有する半無限板の1軸引張り" 日本機械学会材料力学部門講演会講演論文集. A. 215-216 (1995)
• [Publications] 荒居善雄: "境界にすべりを許した接合端部およびV字切欠きの特異応力場の検討" 日本機械各界材料力学部門講演論文集. A. 217-218 (995)
• [Publications] 荒居善雄: "超音波法によるセラミックス/金属接合材の非破壊強度評価法の検討" 日本機械各界材料力学部門講演論文集. B. 239-240 (1995)
• [Publications] 荒居善雄: "UT法およびAE法を用いた板厚の異なるチタン合金の破壊機構の評価" 日本機械学会第73期全国大会講演論文集. vol イ No 95-10. 332-337 (1995)
• [Publications] 土田栄一郎: "2相の偏平回転楕円体上介在物を有する弾性体の一軸引張り" 日本機械学会第73期全国大会講演論文集. vol イ No 95-10. 497-498 (1995)
• [Publications] 土田栄一郎: "応力集中問題とマイクロメカニックス" 先端材料の開発と評価における弾性解析の役割 日本機械学会 分科会活動報告特別講演会講演論文集. No95-83. 21-24 (1995)
• [Publications] 荒居善雄: "隅肉溶接継手の音弾性残留応力測定" 第5回非破壊検査後弾性研究会. 5. 50-58 (1995)
• [Publications] 荒居善雄: "すべりを許した異材接合端における特異応力場の解析" 第45回応用力学連合講演会講演予稿集. 45. 177-178 (1996)
• [Publications] 土田栄一郎: "上面加熱下面冷却される偏長回転楕円体状空かを有する厚板の定常熱応力" 第45回応用力学連合講演会講演予稿集. 45. 327-328 (1996)
• [Publications] 林偉平: "セラミックス/金属接合材の機械的疲労特性とき裂進展" 日本機械学会第73期通常総会講演会. (発表予定4月). (1996)
• [Publications] 荒居善雄: "セラミックス/金属接合材の破面解析とき裂進展の評価" 第9回フラクトグラフィシンポジウム. (発表予定6月). (1996)