熱衝撃による熱応力焦点化現象の粒子分散系複合材料に及ぼす影響

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10650081
• Research Institution: SHIZUOKA UNIVERSITY
• Principal Investigator: 畑 俊明 静岡大学, 教育学部, 教授 (40005351)
• Keywords: 弾性 / 熱応力 / 応力焦点化現象 / 熱衝撃 / 複合材料 / 応力波

Research Abstract

近年、傾斜機能材料のような粒子分散系複合体の開発が盛んとなった。しかし、この種の複合材の熱衝撃強度解析は、まだその緒についたばかりである。そこで、本研究では、円柱状、球状粒子分散系複合材を対象として、分散粒子内の熱応力焦点化現象による波動現象を解析し、熱応力の応力特異性を解明し熱衝撃破壊強度解析を行った。
今、複合材料が急激な熱衝撃を受けた場合、熱応力の焦点化現象により円柱状、球状粒子の中心部の応力特異性は0(1/r^2)、0(1/r^3)となる。一方、母材には周期的な応力波動が生じ、これが弾性体中のき裂伝播に重要な働きをなす。従って、複合材料の破壊強度評価の際に従来の静的熱応力解析と全く異なる結果が得られる。また、実験的にもこの現象を確認するため、YAGレーザーによる熱衝撃実験を行い、応力波伝播速度を特定し、熱衝撃による動的破壊強度を解明し、これらの材料の熱衝撃による動的破壊強度を理論解と比較する事により粒子分散系複合材料の熱衝撃破壊強度評価を行った。
その結果、円柱状、球状粒子を含む弾性複合材料が衝撃的に加熱された場合、球状粒子内に熱応力焦点化現象が生じ、この熱応力波の波動現象のため、母材内に周期的な波動現象が生ずることを波線法を用いて厳密に解析した。
この研究成果により熱応力波の焦点化現象を考慮した粒子分散系複合材料の設計の際に重要になる設計データを提供し熱応力動的応答設計の信頼性を高めた。

Research Products

• [Publications] 畑 俊明: "衝撃的なEigenひずみ負荷による固体の応力焦点化現象"第50回理論応用力学講演会講演論文集. NCTAM2001. 143-144 (2001)
• [Publications] T. HATA: "Thermal Stress-Focusing Effect Following Rapid Non-Uniform Heating of Long Cylindrical Rods"Journal of Thermal Stresses. Vol.24. 93-104 (2001)
• [Publications] T. HATA: "Thermal Stress-Focusing Effect in a Transversely Isotropic Spherical Inclusion Embedded in an Infinite Elastic Medium"Proceedings of the Fourth International Congress on Thermal Stresses. TS2001. 529-532 (2001)
• [Publications] 畑 俊明: "弾性体中の球状介在物中の急冷相変態による応力焦点化現象"日本機械学会2001年度年次大会講演論文集. 1巻. 201-202 (2001)
• [Publications] T. HATA: "Thermal Stress-Focusing Effect in a Transversely Isotropic Spherical Inclusion Embedded in an Isotropic Infinite Elastic Medium"Journal of Thermal Stresses. (in press). (2002)