ハイブリッド化による金属基繊維強化複合材料の引張強さおよび破壊靱性の改善

1988 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 62550520
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 落合 庄治郎 京都大学, 工学部, 助教授 (30111925)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 長村 光造 京都大学, 工学部, 教授 (50026209)
• Keywords: 複合材料 / ハイブリッド化 / 引張強さ / 応力集中 / 破壊靱性 / モンテカルロシミュレーション

Research Abstract

金属基繊維強化複合材料の引張強さは複合則で期待されるより低い場合が多い。また破壊靱性も実用的に期待されている値より低いのが現状である。この原因の一つは、繊維の破断により形成されるクラックが未破断繊維を次々と破断してしまう点にある。本研究ではクラックの進展を阻止するための方法として、主強化繊維の他に第2繊維を埋め込み、(i)マトリックスとの界面接着を第2繊維のところで弱めることにより界面剥離を生じさせるおよび(ii)主繊維より破断伸びの大きいあるいは延性をもつ第2繊維でクラックの成長を阻止することを考えた。まず理論的にこのようなアイデアは実現可能か否かを調べた結果、可能であることが明らかになった。シア・ラグ・アナリシスによると、主繊維の破断により生じる隣接繊維への応力集中は、主繊維の断面積とヤング率の積が大きいほど、マトリックスの降伏応力や加工硬化係数が大きいほど高いが、界面剥離により著しく低下させることができる、また界面剥離を生じさせなくとも第2繊維の破断伸びが主繊維に比して大きければ、第2繊維が存在しない場合に比して応力集中係数を大きく低下させることができることが示された。現在ハイブリッド複合材はもとより通常の一種類の繊維で強化した複合材の破壊靱性を記述するには線形破壊力学では不十分であることは知られているが、記述法については全体のコンセンサスを得たものはない。本研究ではモンテカルロ法による計算機シミュレーションを行ない、その有効性を調べた結果、本法は実験結果を良く説明できることがわかった。以上本研究結果より、ハイブリッド化は複合材料の引張強さや破壊靱性を改善するに有用な方法であること、また破壊挙動はモンテカルロシミュレーション法で良く記述できることが明らかになった。これらの理論研究結果はタングステンおよびモリブデン繊維強化銅合金を用いて証明された。

Research Products

• [Publications] Shojiro Ochiai;Kozo Osamura: Zetischrift fur Metallkunde. 79. 605-609 (1988)
• [Publications] Shojiro Ochiai;Kozo Osamura: Journal of Materials Science.
• [Publications] Shojiro Ochiai;Kozo Osamura: Journal of Meterials Science.