| 研究課題/領域番号 |
07650107
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
機械材料・材料力学
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| 研究機関 | 九州工業大学 |
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研究代表者 |
中垣 通彦 九州工業大学, 情報工学部, 教授 (90207720)
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| 研究分担者 |
萩原 世也 九州工業大学, 情報工学部, 助手 (80198647)
堀江 知義 九州工業大学, 情報工学部, 助教授 (40229224)
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| 研究期間 (年度) |
1995 – 1996
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| 研究課題ステータス |
完了 (1996年度)
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| 配分額 *注記 |
2,600千円 (直接経費: 2,600千円)
1996年度: 300千円 (直接経費: 300千円)
1995年度: 2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
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| キーワード | 粒子分散複合材料 / 傾斜機能材料 / ニューラルネットワーク / ファジィー推論 / 熱衝撃破壊 / 均質化法 / 等価介在物理論 / メゾメカニックス / 破壊 / 熱応力 / 粒子分散モデル / セラミック / 有限要素法 / 熱衝撃 |
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| 研究概要 |
一般に複合材料は微視的に複雑な材料構成を持っており、異材間の界面には応力の特異性が発生する。このため、強化材または介在物とマトリックスとの間に界面剥離や、塑性化、亀裂、損傷などが発生する。また、介在固体の体積分率が大きくなれば介在物間の応力干渉が起き、現象は一層複雑となる。本研究では、このような複合体を素材とする構造体の設計・解析に必要となる材料構成則を立てる事を目的とし、その手段として三つの方法即ち、理論構成モデル、計算力学的アプローチとしての均質化法、そして特に中心課題とするメゾメカニックスとニューラルネットワークを用いて開発を行った。
(1)任意の粒子形状の介在物に対する複合材料の非線形構成則を可能とするために、ニューラルネットによる本方法を開発した。任意の温度と体積分率をもつ粒子分散領域の応力-歪み挙動を有限要素解析により求め、教師データとする。これらをニューラルネットにより汎化し、熱弾塑性構成則に用いる方法である。本方法は複雑な挙動を短い計算時間で処理できる点において優れている。本方法を、セラミックとチタニウム合金を組成材料とする傾斜機能材料の熱衝撃破壊問題に適用し、合金相が熱塑性を呈し、セラミックス相が粘塑性挙動をする動的亀裂進展時の亀裂強度の解析を実施した。骨格構造をもつ中間領域層にはファジィを用いて平均化した。また本方法、受鋼容器の不定型耐火材の反応膨張の予測問題にも適用した。
(2)粒子分散周期パターンをもつ複合材料の構成則テンソルを均質化法により求めた。マトリックスに塑性が起きる場合と、損傷が起きる場合についてテンソル化を試み、粒子分散複合材料の構成則を求めた。本方法の長所は巨視的な材料挙動と同時に微視的な材料挙動、応力状態をも解析できる点にある。しかし、連続的な傾斜材にはいまだ適用できない事と、非線形問題には多大な計算時間を要することが実際的な適用を困難にしている。
(3)上の二つの方法を開発したのは、複雑な材料構成をもつ傾斜機能材料に対する理論的な構成モデルの構築が難しいためである。しかしながら本研究では、楕円体介在粒子に等価介在物を考えた理論モデルの開発を試み、まず任意の体積分率に対する弾性粒子分散材料の構成則の開発に成功した。このモデルは広く利用されているMori-Tanakaの混合則を遙かに凌ぐ精度を持っていることが確認できた。Mori-Tanakaの混合則の適用範囲はかなり狭い両材料組成の剛性比と体積分率に制限されるが、本モデルは事実上全域に亙って適用可能な精度を持つことを確かめた。また、確率理論を用いて塑性にまで拡張したモデルをも開発した十分信頼できる精度を得ている。本方法を傾斜機能材料のみならず、相変態材料にも適用し、形状記憶合金や塑性誘起相変態現象問題への適用効果を示した。
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