2017 Fiscal Year Annual Research Report
The time series analysis of destruction events of skeleton structured ceramics
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16K14413
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
北 英紀 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (10392606)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
間野 修平 統計数理研究所, 数理・推論研究系, 准教授 (20372948)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | スケルトン / セラミックス / 多孔質体 / 寿命予測 / 統計学 / AE / 破壊 / 時系列 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
セラミックスは典型的な脆性材料であり、外力が付与されると不可避に存在する微小な欠陥部で応力集中が生じ、塑性変形をほとんど生じることなく亀裂は一気に進展する。こうした現象論的事実から、通常、緻密なセラミックスの場合、ワイブル理論を基盤とする設計がなされてきた。一方、我々は、新規に開発されたSi-SiC系の高気孔率多孔質材(メタポーラス体)注1）が荷重-変位曲線上に明らかな不連続が生じ、見かけ上、離散的な破壊を生じていることを確認している。
この離散的な破壊に着目し、最終的には設計手法と寿命予測法の構築を目指す一連の研究の中で、本研究ではSi-SiCメタポーラスセラミックスを対象として、アコースティックエミッション（AE）を活用した破壊現象の解析を行った。AE解析結果ならびに、高速カメラを用いた破壊挙動の観察結果から、メタポーラスセラミックスに外力を付与した場合、骨格の微小破壊から一気に亀裂が進む、あるいは骨格部が徐々に切断されて破壊するのではなく、骨格部の微小な破断がクラスター状に発生し、そのひとつから亀裂が伸長して破断に至ると考えた。
荷重変位曲線上に不連続に生じるピークに着目し、ワイブルプロットを行い、相関係数の二乗（R2）を算出したところ、初期のピークではR2の値は0.8315であったのに対して最終破断ピークでは0.9351となり、メタポーラス体ではクラスター状の欠陥群のひとつを破壊源として亀裂が進むと仮定すればワイブル理論でも説明できると考えた。また、総AEエネルギー量はワイブル理論に当てはめることが出来、メタポーラスセラミックスの破壊強度は総AEエネルギー量においても評価することができることがわかった。
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