| 研究課題/領域番号 |
09450051
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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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 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
菅田 淳 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (60162913)
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| 研究分担者 |
植松 美彦 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (80273580)
城野 政弘 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20029094)
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| 研究期間 (年度) |
1997 – 1999
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| 研究課題ステータス |
完了 (1999年度)
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| 配分額 *注記 |
12,500千円 (直接経費: 12,500千円)
1999年度: 1,800千円 (直接経費: 1,800千円)
1998年度: 1,400千円 (直接経費: 1,400千円)
1997年度: 9,300千円 (直接経費: 9,300千円)
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| キーワード | 疲労強度 / 疲労き裂進展 / セラミックス / き裂開閉口挙動 / 微小き裂 / 実働荷重 / 有効応力拡大係数 / き裂発生 |
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| 研究概要 |
先進セラミックス材料として、窒化ケイ素Si_3N_4材の窒化ホウ素/窒化ケイ素複合セラミックスBN/Si_3N_4材を用いて一定振幅荷重ならびに過大荷重、2段繰返し変動荷重試験を行い除荷弾性コンプライアンス法によりき裂開閉口挙動を調べた。また、CT試験片に荷重を負荷したままき裂先端近傍を高分解能顕微鏡で観察することが可能なジグを製作し、疲労き裂先端近傍の詳細観察を行った。得られた結果は以下の通りである。
1 BN/Si_3N_4の一定振幅荷重下におけるき裂進展速度は、応力比が小さくなるにつれて加速することがわかった。これは応力比が小さい、すなわち荷重振幅が大きいほど荷重繰返しによるインターロッキング部の摩耗、破砕がより顕著となり、応力遮へい効果が減少したためである。
2 2段繰返し変動荷重下のき裂進展速度は、一定振幅荷重下の進展速度に比べ加速することがわかった。また、高レベル荷重が大きくなるほど加速は顕著になる。この進展速度の加速現象は、過大荷重負荷後と同様に、高レベル荷重が大きくなるほど加速は顕著になる。この進展速度の加速現象は、過大荷重負荷後と同様に、高レベル荷重負荷によってインターロッキング部の破砕が促進されるためである。
3 き裂先端経路のSEM観察により、一定、変動荷重下に関わらず、き裂が結晶粒界を進展するため、結晶粒がき裂上下面を橋渡しするいわゆるインターロッキングを確認することが出来た。
4 インターロッキング部のかみ合部分より後方では、き裂開口変位(COD)が減少しており、また、負荷過程と除荷過程ではCODが異なることが確認された。これらは、インターロッキングがき裂先端における真の応力拡大係数(K_<tip>)を現象させていることを示している。
5 荷重の繰返しにより、き裂進展経路から結晶粒の落ちぬけが観察された。これは、インターロッキング部の摩耗、破砕によるものと考えられる。また、このような摩耗、破砕によってK_<tip>が増加してき裂が進展することが確認された。
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