金属マトリックス複合材料の高温における破壊強度のマイクロメカニックス

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14550066
• 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) ; 荒居 善雄 埼玉大学, 工学部, 助教授 (70175959)
• Keywords: 複合材料 / FRM / MMC / 熱応力 / マイクロメカニックス / 破壊強度 / 弾性学 / 熱弾性

Research Abstract

航空,宇宙機器の先端構造材料として,繊維強化金属FRM(あるいは金属系複合材料MMC)が開発され,実用化されている.本研究ではMMCの高温における破壊強度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.厚板に楕円体状介在物が存在し、上面加熱下面冷却される定常熱応力および無限体に1個の楕円体状介在物とらせん転位がある場合(完全接着と滑りを許した場合)の応力集中の干渉を弾性論に基づき厳密に解析し、応力分布,変位分布に及ぼす介在物の大きさ,形状比,横弾性係数比の影響を明らかにした.
2.楕円孔を有する半無限板の面外曲げの問題を板理論に基づいて厳密に解析する方法を示し、モーメント集中係数、き裂になった場合の応力拡大係数を求めた。
3.無限弾性体に楕円体状介在物と円環状き裂が存在し、1軸引張荷重を受ける場合を考え,解析をした。円環状き裂については厳密に解析でき応力拡大係数、き裂面の変位を明らかにした。
4.MMCの熱応力の問題として,偏平回転楕円体状介在物をもつ厚板を考え、介在物に一定勾配を有する剪断-eigen歪を与えた問題を3次元弾性理論に基づいて厳密に解析し,応力分布,変位分布に及ぼす介在物の大きさ,形状比,横弾性係数比の影響を求めた.さらに,アイソパラメトリック2次要素を用いた境界要素法により楕円介在物を有する半無限板の解析を行い,介在物の境界で摩擦を伴うすべりを許した場合の非線形問題を解析し、応力集中を明らかにした.
5.Sic粒子強化Al鋳造合金について高温破破断延性におよぼす熱サイクルの影響、静的破断機構のフラクトグラフィーによる評価を行った。また静的破断機構に及ぼす熱サイクルの影響を調べた。さらにSic粒子強化Al鋳造合金複合材の単調および繰返し荷重下における力学特性に及ぼす熱サイクルの影響を実験および数値的な解析により研究し、強化粒子と熱サイクルおよび強化粒子と繰返し荷重の間の相互作用を明らかにした。

Research Products

• [Publications] Ozasa K., Aoyagi Y., Yamane A., Arai Y.: "Enhanced photoluminescence of InGaAs quantum dots induced by nanoprobe indentation"Proc.11^<th> Int.Conf.on Modulated Semiconductor Structures. Vol.11. 50-51 (2003)
• [Publications] Ying Zheng, Eiichiro Tsuchida, Yoshio Arai: "Thermal stresses in a thick plate containing an oblate spheroidal inhomogeneity with the circle regions of both plate surfaces being heated and cooled"Thermal Stresses '03, Proc.of the 5th Int.Symp.on thermal stresses and related topics. Vol.5. 1-4 (2003)
• [Publications] Chen A., Arai Y., Tsuchida E.: "Influence of thermal cycling on monotonic and cyclic response of cast aluminium alloy SiCp composites"Proc.5th Int.Conf.Mesomech.. Vol.5. 271-278 (2003)
• [Publications] Ozasa K., Aoyagi Y., Yamane, A., Arai Y.: "Enhancedment of photoluminescence of inGaAS/GaAS quantum dots induced by nanoprobe pressure effects"Appl.Phys.Lett.. Vol.83,No.11. 2247-2249 (2003)
• [Publications] Ying Zheng, Eiichiro Tsuchida, Yoshio Arai: "Stresses in a thick plate containing an oblate spheroidal in clusion under eigenstrain with a uniform gradient"Theor.And Appl.Mech.. Vol.52. 19-30 (2003)
• [Publications] 鄭頴, 土田栄一郎, 荒居義雄: "偏平回転楕円体状介在物を有する厚板の定常熱応力"日本機会学会材料力学部門研究会 弾性数理解析法の工学的体系化に関する研究会成果報告書. A-TSO3-11. 107-114 (2003)
• [Publications] 鄭穎, 土田栄一郎, 荒居善雄: "一定勾配を有するeigen歪を受ける偏平回転楕円体状介在物を有する厚板"第52回理論応用力学連合講演会講演予稿集. Vol.52. 603-604 (2003)
• [Publications] Samadder Liton Kumar, 荒居善雄, 土田栄一郎: "V字切り欠き近傍の応力場の解析"第52回理論応用力学連合講演会講演予稿集. Vol.52. 585-586 (2003)
• [Publications] 尾笹一成, 青柳克信, 山根明彦, 荒井善雄: "ナノプローブ圧による半導体量子ドットのフォトルミネセンス増強効果"日本物理学会第58回年次大会講演概要集. 843 (2003)
• [Publications] 荒井善雄, 土田栄一郎, 大江朋久: "銅細線の繰返し加工硬化挙動に及ぼす試験片直径の影響"日本材料学会第52期学術講演会講演論文集. Vol.52. 95-96 (2003)
• [Publications] Yin Zheng, Eiichiro Tsuchida, Yoshio Arai: "Thermal stresses in a thick plate containing an oblate spheroidal inhomogeneity with the circle regions of both plate surfaces being heated and cooled"Thermal Stresses '03 Proc.of the 5th Int.Symp.on thermal stresses and related Topics. Vol.5. 1-4 (2003)
• [Publications] Ozasa, K., Aoyagi, Y., Yamane, A., Arai Y.: "Enhanced photoluminescence of InGaAs quantum dots induced by nanoprobe indentation"Proc.the 11th int.conf.on modulated semiconductor structures. PA19. 50-51 (2003)
• [Publications] 鄭頴, 土田栄一郎, 荒居善雄: "上面加熱下面冷却される偏平回転楕円体状介在物を有する厚板の定常熱応力"日本機械学会2003年度年次大会講演論文集. Vol.I,No.03-1. 301-302 (2003)
• [Publications] 荒居善雄, 土田栄一郎, 吉田基: "レーザーモアレ干渉を用いたセラミックス/金属接合界面部における平面歪特異場の解析"日本機械学会2003年度年次大会講演論文集. Vol.II,No.03-1. 353-354 (2003)
• [Publications] Chen A., Arai Y., Tsuchida E.: "Influence of thermal cycling on monotonic and cyclic response of cast aluminium alloy SiCp composites"Proc.5th Int.Conf.Mesomech.. Vol.5. 271-278 (2003)
• [Publications] 土田栄一郎, 荒居善雄, 山本慎一, 加藤良: "楕円孔を有する半無限板の面外曲げ"日本機械学会平成15年度材料力学部門講演会講演論文集. Vol.1,No.03-11. 509-510 (2003)
• [Publications] 荒居善雄, 土田栄一郎, 尾笹一成, 山根明彦: "半導体ヘテロ構造へのナノスケール押込み歪評価"日本機械学会平成15年度材料力学部門講演会講演論文集. Vol.1,No.03-11. 581-582 (2003)
• [Publications] 荒居善雄, 土田栄一郎, 直見英明: "ステンレス鋼SUS304における低サイクル疲労き裂発生過程の超音波顕微鏡による評価"日本機械学会平成15年度材料力学部門講演会講演論文集. Vol.1,No.03-11. 1009-1010 (2003)
• [Publications] Samadder Liton Kumar, 荒居善雄, 土田栄一郎: "レーザーモアレ干渉法を用いたセラミックス/金属接合界面各部における特異場の解析"日本機械学会第11回機械材料・材料加工技術講演会. No.03-32. 101-102 (2003)
• [Publications] 鄭頴, 土田栄一郎, 荒居善雄: "偏平回転楕円体状介在物を有する厚板の定常熱応力"日本機械学会材料力学部門研究会 弾性数理解析法の工学的体系化に関する調査研究会成果発表会. A-TS03-11. 107-114 (2003)