金属強化セラミックス複合材料の高温の強度特性のマイクロメカニックスに関する研究

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08650089
• 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)
• Keywords: 複合材料 / セラミックス / 熱弾性 / 弾性学 / 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,金属強化セラミックス(MFRC)が開発され,実用化されている.本研究ではMFRCの高温における破壊現象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,まず円環上き裂をもつ無限体の問題を従来の方法と異なる楕円体座標を用いて解析を試みた.理論式を導出したが計算は続行中である。また、介在物境界がすべりを許した場合について偏長回転楕円体介在物を持つ厚板の1軸引張りを解析し介在物境界の状態が応力分布に大きく影響することを明らかにした。
2.繊維強化複合材料を巨視的に異方性と考え,楕円介在物を有する直交異方性半無限板の問題を異方性弾性論により解析した。計算を続行中である。
3.MFRC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がの上面の一部が加熱、下面の一部が冷却される場合の熱応力問題を熱弾性理論により厳密に解析し、応力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、表面層と楕円介在物をもつ半無限板の介在物を一定温度で加熱した時(一定eigen歪)の熱応力問題を弾性論に基づいて厳密に解析し,応力分布に及ぼす,介在物の大きさ,形状比,横弾性係数比及び表面層の影響を求めた.表面層が硬い場合,介在物境界の応力分布は大きく影響を受ける.同時に1軸引張りを受ける場合も解析した。
4.板厚の異なる(25mm,15mm,3mm)Ti-6Al-4V合金について超音波法とAE法を用い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,超音波法やを用れば破壊開始荷重を測定可能であることを明らかにした。またTi-6Al-4V合金の低サイクル疲労を行い、超音波法により微小き裂を検出する方法を開発し、非破壊検査に使用できることを示した。

Research Products

• [Publications] Yoshio Arai: "Nondestrructive strength evaluation of ceramic-Metal joints by ultrasonic technique" VIII Int.Conf.Exp.Mech.Nashville,Tennessee,U.S.A.Vol 8.(1996)
• [Publications] Eiichiro Tsuchida: "Steady state thermal stresses in an elastic thick plate containing a prolate spheroidal cavity" Theoretical and Appl.Mech.Vol.45. 79-91 (1996)
• [Publications] Yoshio rai: "Study on singular stress field around interface edge with sliding condition" Theoretical and Appl.Mech.,. Vol.45. 93-98 (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. II,NO.96-1. 530-531 (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・前刷集. Vol.9. 19-22 (1996)
• [Publications] Eiichiro TSUCHIDA: "Asymmetric stresses in a circular cylinder containing a prolate spheroidal inhomogeneity under transverse bending" XIX International Congress of Theoretical and Applied Mechanics. Vol.19. 324- (1996)
• [Publications] 土田栄一郎: "すべりを許した偏長回転楕円体状介在物を有する厚板の1軸引張り" 第74期全国大会講演論文集. II,No.96-15. 259-260 (1996)
• [Publications] 土田栄一郎: "すべりを許した楕円状介在物を有する帯板の曲げ" 平成8年度材料力学部門講演会講演論文集. Vol.B.No.95-10. 95-96 (1996)
• [Publications] Mark,J.Meisner: "On the elastic field from a debonded cylindrical inclusion in an infinito matrix : With direct application to some organic matrix composites" 平成8年度材料力学部門講演会講演論文集. B.No.95-10. 529-532 (1996)
• [Publications] 土田栄一郎: "直線縁に平行な楕円介在物を有する半無限板の1軸引張り" 第46回応用力学連合講演会講演予稿集. 46. 161-162 (1997)
• [Publications] 荒居善雄: "界面破壊のモデル化と支配力学因子の検討" 第46回応用力学連合講演会講演予稿集. 46. 53-54 (1997)