2020 Fiscal Year Annual Research Report
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19K14839
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
久保 淳 東京大学, 生産技術研究所, 助教 (40760335)
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2019-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ゴム / 破壊力学 / き裂進展 / 有限要素法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，ゴム材料のき裂進展における「速度転移」現象（荷重の増大に伴い，き裂進展が急激に加速される現象）のメカニズムを明らかにすることを目的として，（１）有限要素法（ＦＥＭ）解析および（２）数理モデル解析をおこなった．速度転移挙動はゴム材料の靭性・寿命と密接に関連していることから，そのメカニズムを明らかにすることにより，ゴム材料を強靭化するための指針を得ることができる．
（１）ＦＥＭ解析においては，伸長したゴムシートに予き裂を導入することで，引裂きエネルギー（負荷したひずみエネルギー）とき裂進展速度の関係および転移エネルギー（速度転移を引き起こすために必要な引裂きエネルギー）を得た．弾性および粘性といった材料特性を系統的に変化させることにより，材料特性が転移エネルギーに及ぼす影響を調べた．その結果，転移エネルギーは，ゴム状態とガラス状態の弾性率の比や，準静的負荷時の破断時ひずみエネルギー密度といったパラメータに強く依存することが分かった．特に，弾性の非線形性が弱く且つ粘性の緩和時間が単一であるときには，近年提案されていた理論モデルによる予測とも定性的に良く整合する結果が得られた．
（２）数理モデル解析では，次の２種類のモデルを構築した．（２ａ）無き裂材の粘弾性特性に基づいてき裂先端の力学応答を再現する；（２ｂ）き裂先端の力学応答およびき裂先端近傍のひずみ分布を基に，引裂きエネルギーとき裂進展速度の関係，特に転移エネルギーを推定する．（２ｂ）のモデルでは，き裂先端のひずみ（または応力）の時間変化を入力として，上述のＦＥＭ解析と同等の水準で転移エネルギーを推定することができる．また，構築した両モデルを組み合わせることにより，無き裂材の粘弾性特性といった既知の材料特性の関数として転移エネルギーを算出することが可能となる．
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