固体の極限高速破壊に関する基礎研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14205019
• Research Institution: 神戸商船大学
• Principal Investigator: 西岡 俊久 神戸商船大学, 商船学部, 教授 (60018067)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 藤本 岳洋 神戸商船大学, 商船学部, 助教授 (60314514)
• Keywords: 高速き裂進展 / 超高速度撮影 / き裂面粗さ / 動的J積分 / 移動有限要素法 / 遷音速破壊 / 界面き裂問題 / 接触 / 摩擦

Research Abstract

本年度は,均質固体のき裂進展速度の極限値を得るために,荷重漸増型負荷実験装置を作成した.本装置により,均質固体材料の高速き裂進展実験を行った.本装置および本科研費にて購入した超高速度ビデオにより,材料のせん断波速度の77%にまで達し得るき裂進展速度が観察できた.き裂進展速度の増大とともにき裂面粗さが増大していく傾向が,レーザー変位計により評価できた.また,き裂進展時の荷重の変化履歴を計測できるシステムを実験装置に付与し,破壊時の荷重変動を計測することに成功している.次年度は,光学的実験手法を組み合わせて,き裂先端周辺の応力場の情報を得て,極限高速破壊時のき裂先端近傍力学場の状況を明らかにする予定である.
数値解析を用いた研究では,移動有限要素法を発展させて,複数荷重システム下の高速き裂進展を再現できる数値シミュレーション法,き裂面の接触・摩擦を考慮した二次元界面遷音速破壊シミュレーション法およびき裂前縁のえん曲を再現できる三次元高速き裂進展の数値シミュレーション法を開発した.特に界面遷音速破壊においては,エネルギー流入・流出の状況を可視化することに成功した.界面を進展するき裂先端において低剛性側材料側から,多量の破壊エネルギーの供給を得ることが破壊力学パラメータだけでなく力学量分布からも明らかになった.
また,き裂面接触時の界面遷音速破壊き裂先端近傍の変形場を解析的に求め,分離動的J積分を本問題に適用できるように定式化した.次年度は,この解析解に基づき光学的実験手法から破壊力学パラメータを求める評価式を求める予定である.
以上の成果については,次項に示すようにフルペーパーとして件,国際会議にて件,国内会議にて件を発表している.

Research Products

• [Publications] 西岡俊久, 古田寛之, 藤本岳洋: "移動有限要素法を用いた加速を伴うき裂進展現象の数値シミュレーション"第十五回計算力学講演会論文集(2002・11). 02-02. 653-654 (2002)
• [Publications] 西岡俊久, 藤本岳洋, 坂口巧人, 古田寛之: "変形固体中を極限速度で進展する動的き裂実験結果および数値シミュレーション"実験力学における計測・データ処理の問題点・ノウハウ工夫. 14ME-S4. 7-12 (2002)
• [Publications] Nishioka, T.: "Recent Advances in Dynamic Fracture Studies"Proceedings of the Fourteenth U.S. National congress of Theoretical and Applied Mechanics Blacksburg, Theoretical and Applied Mechanics, Blacksburg VA, USA. (未定). 431-431 (2002)
• [Publications] 西岡俊久: "衝撃破壊力学"連載講座「材料の衝撃特性とその評価方法」. 51・12. 1436-1442 (2002)
• [Publications] Nishioka, T.: "Recent Developments in Simulation Technologies for Fracture Path Prediction"Advances in Computational Engineering and Sciences. Chapter 6. 1-16 (2002)
• [Publications] 西岡俊久, 野崎琢磨, 藤本岳洋: "遷音速界面破壊現象の光学的実験法による観察"日本機械学会平成14年度材料力学部門講演会講演論文集. 02-05. 659-660 (2002)
• [Publications] 西岡俊久, 津田 徹, 藤本岳洋: "移動有限要素法を用いた界面遷音速破壊の数値シミュレーション"日本機械学会平成14年度材料力学部門講演会講演論文集. 02-05. 661-662 (2002)
• [Publications] Nishioka, T., Stan, F: "A Hybrid Experimental-Numerical Study on the Mechanism of Three-Dimensional Dynamic Fracture"Computer Modeling in Engineering and Sciences. (掲載決定済). (2003)
• [Publications] 西岡俊久, 坂口巧人, 藤本岳洋, 坂倉慧吾: "光学的手法を用いた高速き裂破壊挙動の観察"第7回材料の衝撃問題シンポジウム. 67-70 (2002)
• [Publications] 西岡俊久, 津田 徹, 藤本岳洋: "衝撃界面遷音速破壊の高精度生成形シミュレーション"第7回材料の衝撃問題シンポジウム. 79-82 (2002)
• [Publications] Nishioka, T., Yu, J.H., Shen, S.P: "Mechanical and Electrical Dynamic J Integrals for Interfacial Dynamic Fracture of Piezoelectric Material"第7回材料の衝撃問題シンポジウム. 63-66 (2002)
• [Publications] 西岡俊久, 野崎琢磨, 藤本岳洋, 坂倉慧吾: "Coherent Gradient Sensor (CGS)法を用いた遷音速界面破壊現象の計測"第7回材料の衝撃問題シンポジウム. 83-86 (2002)
• [Publications] 西岡俊久: "衝撃破壊力学の基礎と応用"日本材料学会衝撃部門委員会主催第一回衝撃工学フォーラムテキスト. 13-22 (2002)
• [Publications] 西岡俊久: "動的応力計測技術"応力計測の基礎とその応用. 57-81 (2002)