2017 Fiscal Year Annual Research Report
Proposal of constitutive model for self-healing ceramics and its application to FE analysis of damage-healing process
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16K14111
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
尾崎 伸吾 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (20408727)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 自己治癒材料 / セラミックス / 構成モデル / 損傷 / 有限要素法 / 反応速度論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
アルミナ/SiC粒子分散型セラミックス複合材を対象に，損傷のみならず自己治癒挙動を記述するための構成モデルを提案した．具体的には，セラミックスの自己治癒挙動はき裂発生をトリガーとし高温酸化反応により自律的に生じるため，これを適切に記述し得る状態変数の発展則を導入した．なお，ワグナーの重量増加モデル（酸化反応速度論）に基づき発展則を規定してため，自己治癒挙動の温度依存性ならびに酸素分圧依存性を合理的に記述し得る．提案モデルにより，セラミックスの脆性破壊挙動のみならず，き裂の自己治癒挙動，さらにはそれらの競合関係を連続体力学の枠組みの中で合理的に記述できるようになった． また，提案モデルを有限要素法に実装することにより，損傷⇒自己治癒⇒損傷の一連の過程をシミュレートする解析手法を提案した．このような数値解析手法は他の研究には見られず，極めて高いオリジナリティーを有している．
さらに，粒子分散型セラミックス複合材との実験結果（alumina/15vol% SiC，alumina/30vol% SiC）との定量的な比較を行うため，ビッカーズ圧子による損傷の導入，自己治癒過程および三点曲げによる強度回復評価の一連の過程を模擬した有限要素解析モデルを作成し，提案構成モデルおよび数値解析手法の妥当性の検証を実施した．
他方，セラミックスの強度評価において不可欠となる，内部欠陥分布に依存した破壊強度のばらつきを予測する手法の確立にも成功している．
以上の成果をまとめ，査読付き国際誌3報，国際会議発表3件，国内会議発表5件の実績を得ている．
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