1997 Fiscal Year Annual Research Report
円筒状3次元き裂を含むポリエチレン電気融着継手の破壊力学的研究
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09650102
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
齋藤 憲司 京都工芸繊維大学, 工芸学部, 教授 (20027775)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
堀 靖仁 産業技術短期大学, 助手 (10269889)
荒木 栄敏 京都工芸繊維大学, 工芸学部, 助教授 (60222741)
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| Keywords | ポリエチレン / 電気融着継手 / 3次元き裂 / 円筒き裂 / 応力拡大係数 / 破壊じん性 |
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| Research Abstract |
延性,可撓性に優れるポリエチレン管は,はからずも阪神大震災においてその耐震性が実証され注目を集めている管材である.ポリエチレン管をガス管として使用する際の継手としては電気融着継手が用いられている.この継手は管と完全に融着されるのではなく管末端に若干の不融着部が生じ,これが破壊起点となっている.このため,この不融着部をき裂と見なした破壊力学的な検討を行う必要がある.今年度はこの円筒状3次元不溶着き裂を有する継手の応力拡大係数の解析と破壊靭性の実験的評価及びクリープ試験を行った.その結果,
1,3次元特異要素を用いた有限要素法を用いて,曲がったき裂前縁を有する円筒状3次元き裂の応力拡大係数を解析する方法について検討するとともに,管及び継手部にガス内圧を作用させて具体的に数値計算を行って応力拡大係数を求めた.き裂はモードIとモードIIの混合モードとなるため,K_IとK_<II>を求めた.現在のところ,1つの場合に対する解を得た段階であるが,次年度においては,この計算を継続し,不溶着き裂の長さや継手寸法,内圧等の条件によって応力拡大係数がどのような影響を受けるかを明らかにする.
2,-196℃〜-160℃における低温領域で,ポリエチレンの破壊靭性値K_cの実験的評価を行った.靭性値の板厚効果を確認し,この結果から十分な板厚の試験片を用いて平面ひずみ破壊靭性値K_<Ic>を求めた結果,これは温度の増加に伴ってほぼ線形的に減少し,-196℃で6.5MPa・m^<1/2>,-160℃で約5.3MPa・^<1/2>であることがわかった.
3,さらに,単軸負荷下におけるクリープ試験を行った結果,クリープひずみは時間とともに増加するが,この挙動をBailey-Norton則を用いて整理した結果,材料定数であると言われている時間に関するべき乗指数nは,本材料においては一定とはならず,時間の経過とともに減少する傾向にあることがわかった.
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