界面による拘束を受ける非物質材の弾塑性破壊挙動の研究

• 研究課題/領域番号: 07650117
• 研究種目: 一般研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 機械材料・材料力学
• 研究機関: 東京理科大学
• 研究代表者: 菊池 正紀 東京理科大学, 理工学部, 教授 (90107540)
• 研究期間 (年度): 1995
• 研究課題ステータス: 完了 (1995年度)
• 配分額: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円); 1995年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
• キーワード: 界面 / 非均質材 / 弾塑性破壊 / J積分 / Qファクタ / 応力三軸度

研究概要

1.A508鋼とInCOLOY275を圧接した材料を用いて疲労破壊試験、延性破壊試験を実施した。き裂と界面との位置を相対的に変化させ、き裂進展に及ぼす界面の影響を実験的に検討し、ついで有限要素法解析により力学的環境を調べ、実験との比較を行った。
2.疲労試験では、界面の存在により表面近傍でのき裂進展が促進されることが実験的に確かめられた。三次元有限要素法によりJ積分をパラメータとしてき裂進展を模擬したところ、表面でのき裂進展が優先し、実験と一致した。すなわちこの材料では界面の効果は材料の機械的性質の違いによるものが大きいことが明らかとなった。
3.延性破壊試験においては、A508鋼側からInoloy側へのき裂進展は界面を超えてディンプル破壊が進むこと、また逆の場合は界面割れが起こりIncoloyからA508鋼側へはディンプル破壊が進行しないこと、等が明らかとなった。三次元有限要素法によりき裂先端での応力三軸度、さらにQファクタを調べたところ、それらの分布はこうした破壊挙動を定性的に説明できるものとなっていることが確かめられた。すなわち、均質材で提唱されたこうした力学パラメータがこの非均質材の破壊挙動でも有効なものであることが明らかとなった。さらにボイドの挙動をシミュレーションするためにGursonのモデルに基づく有限要素法解析を実施した。ここでもボイドの挙動は実験結果と良く対応した。
4.以上を通じて、界面のき裂進展に及ぼす影響について、J積分、Qファクタ、応力三軸度、ボイド率等のパラメータが有効であることが明らかとなった。