金属破壊におけるキ裂伝播機構に関する研究-破面構造生成の数値シミュレーション

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07650127
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Suzuka National College of Technology
• Principal Investigator: 辻 正利 鈴鹿工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (60043296)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田村 陽次郎 鈴鹿工業高等専門学校, 物理教室, 助教授 (20163701) ; 斎藤 正美 鈴鹿工業高等専門学校, 電子情報工学科, 教授 (30149934)
• Keywords: 金属破面 / 破面構造 / シミュレーション / フラクタル解析

Research Abstract

ねずみ鋳鉄を対象としてマイクロビッカース硬度計により平面研削した鋳鉄表面にダイヤモンド圧痕を多数密に付けた。その結果からミクロ場における機械的性質(弾性特性+塑性変形特性)の不均一の程度を解析した。不均一の程度は黒鉛粒子の分布状態やその周囲のフェライトの析出状態に影響を受け、材料破面の複雑性と関連性があると考えていたが、それとフラクタル次数との間に明確な相関関係は見いだせなかった。機械的性質のばらつきが単純に破面構造を決定するものではなく、材料の内部エネルギー等他の要因の影響を調べる必要があることが分かった。
自然界に存在するエネルギー場としてとりあえず材料の機械的性質の不均質な分布の初期状態を想定し、平板が一様引張りを受ける場合の破壊・伝播の数値シミュレーションを行った。亀裂が成長していく過程としての破面構造を数値解析で得るために、板材料は二次元網目状構造物と二次元平板の二種類とし、初期状態に機械的性質の一つとして縦弾性係数(5種類の材料の混在の場合と2種類の材料の混在の場合)がランダムに分布している場合に対して、有限要素法による構造強度解析のパソコン用プログラムを作成し、2種類のモデルに対し外力を負荷して応力解析を行い、全要素の最大主応力が生じている要素が破壊するとしてこの要素を削除するという操作を繰り返すことによって、いろいろな形状の破面構造が得られた。このことから、次年度は実際の破面構造の関連を検討することができる。