| 研究概要 |
遮熱構造部材への適用を想定したセラミックス/金属系傾斜機能材料(Functionally Graded Materials,以下FGMと略記)の熱応力緩和設計に関し,構成相レベルでの微視的な応力/ひずみ状態から解析する独自の微視力学アプローチを展開した.とくに金属相の塑性変形による非弾性効果を積極的に考慮している点が特色である.最も基本的な薄肉平板状FGM構造の板厚方向一次元熱流による非定常熱応力を対象とし,一連の数値計算による弾塑性解析を行って,熱応力緩和効果に及ぼす傾斜組成分布の影響を製造時に生じる残留応力の効果も含めて系統的に検討した.こうした解析の有効性を検証するため,粉体積層・ホットプレス焼結法により作製したジルコニア/ニッケル系の供試体について一連の実験を行った.まず,従来困難であった積層型FGM構造における熱伝導率分布の測定に関し,赤外線熱画像システムを応用した新しい定常比較法を開発した.また,FGM構造における熱応力破壊の評価基準として単軸試験での破壊強度を用いる従来の対応は適切ではなく,均等二軸応力下での破壊強度が重要と考え,円盤状供試体に弾塑性変形を許容する球面曲げを与えて均等二軸応力下での破壊強度を評価する新しいディスク曲げ試験法を考案し,破壊強度の組成依存性を微視力学的に検討して,微視的三軸応力効果を考慮した破壊基準を提示した.さらに,異なる傾斜構造をもった数種のFGMモデルを同一の遮熱性能を有するように設計し,金属側表面を水冷してセラミックス側表面を繰り返し加熱する熱サイクル試験を行って,金属リッチの傾斜構造がセラミックスリッチの傾斜構造よりも有利であることなど,FGM構造の最適設計に資する多くの有用な知見を得た.
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