熱応力を緩和させるためのき裂を有する傾斜機能材料の設計支援システムの開発

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03650081
• 研究機関: 静岡大学
• 研究代表者: 野田 直剛 静岡大学, 工学部, 教授 (20022238)
• 研究分担者: 辻 知章 静岡大学, 工学部, 助教授 (80188531)
• キーワード: 弾性 / 熱応力 / 傾斜機能材料 / 熱衝撃 / 不均質 / き裂 / 応力拡大係数 / 有限要素法

研究概要

本年度の研究は(1)理論解析手法の確立として、(1-1)端き裂を有する傾斜機能平板の非定常熱応力の解析手法の確立と最適組成の決定、(1-2)内部き裂を有する傾斜機能平板の非定常熱応力の解析手法の確立と最適組成の決定。(2)数値解析手法の確立として、(2-1)き裂を有する傾斜機能材料の数値解析プログラムの精度向上、(2-2)最適組成を決定するプログラムの開発。(3)理論解析手法と数値解析手法のハイブリット化の検討である。
成果として、(1)理論解析手法の確立として、内部き裂を有する傾斜機能平板の非定常熱応力の解析手法は物性値がある関数形で与えられる場合について解析することに成功した。その結果、不均質性が強くなると、モードIおよびモードIIの応力拡大係数とも、時間とともに単調増加し、その後一定となる。これは、均質材料の応力拡大係数が時間とともに単調増加し、最大値をとった後単調減少し、その後一定となることと大きく異なっている。また、応力拡大係数は不均質性が強まるほど、早い時点で定常状態になる。一方、端き裂を有する傾斜機能平板の非定常熱応力の解析は現在も研究中である。
(2)数値解析手法の確立として、き裂を有する傾斜機能材料の数値解析プログラムの精度向上のため、応力拡大係数が容易に求まる特異要素によるプログラムの開発中である。(3)理論解析手法と数値解析手法のハイブリット化の検討を行い、有限要素性のみでは冷却に転じた極初期の応力が不正確となるので、そこに理論結果を組み込むことにより、一部ハイブリット化に成功した。

研究成果

• [文献書誌] Z.H.Jin,N.Noda: "Minimization of Thermal Stress Intensity Factors for a Crack in a Metal-Ceramics Mixture" Functionally Gradient Materials",edited by J.B.Holt etc.The American Ceramic Society. 47-54 (1993)
• [文献書誌] T.Fuchiyama,N.Noda T.Tsuji and Y.Obata: "Analysis of Thermal Stress and Stress Intensity Factor of Functionally Gradient Materials" Functionally Gradient Materials",edited by J.B.Holt etc.The American Ceramic Society. 420-430 (1993)
• [文献書誌] 小畑良洋,野田直剛: "傾斜機能平板の非定常熱応力(加熱・冷却温度条件の非定常熱応力への影響)" 日本機械学会論文集,A編. 59. 1097-1103 (1993)
• [文献書誌] 渕山隆、野田直剛、辻知章、小畑良洋: "物性値の温度依存性を考慮した傾斜機能平板の非定常熱応力解析" 日本機械学会論文集,A編. 59. 1925-1930 (1993)
• [文献書誌] Z.Jin,N.Noda: "An Internal Crack Parallel to the Boundary of a Nonhomogeneous Half Plane under Thermal Loading" Int.J.Engineering Science. 31. 793-806 (1993)
• [文献書誌] N.Noda,Z.Jin: "Thermal Stress Intensity Factors for a Crack in a Strip of Functionally Gradient Material" Int.J.Solids and Structures. 30. 1039-1056 (1993)