| 研究課題/領域番号 |
04650066
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
中野 元博 大阪大学, 工学部, 助教授 (40164256)
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| 研究分担者 |
岸田 敬三 大阪大学, 工学部, 教授 (00029068)
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| キーワード | 衝撃破壊試験 / 混合モード破壊 / ファインセラミックス / 動的応力拡大係数 / 動的破壊じん性 / 衝撃破壊基準 / アルミナ / 負荷速度依存性 |
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| 研究概要 |
構造用ファインセラミックスは耐熱性、耐食性など他の材料にはない特長を有し、金属やプラスチックに次ぐ第3の素材として機械やエンジンの部品への利用が期待されている。しかし、セラミックスは硬くて脆い材料であるため一般に耐衝撃性が問題となり、その活用のためには衝撃により発生する複雑な応力状態の下での破壊に対する強度評価が極めて重要である。本研究では、混合モード衝撃荷重下におけるファインセラミックスの動的破壊じん性を正確に測定できる試験法を開発し、その衝撃破壊のクライテリオンを明らかにしようとしている。そのために、直径方向に中央切欠を有するセラミックス円板試験片を切欠方向あるいはその斜め方向から衝撃圧縮する方法により、純モードIあるいは混合モード下の動的破壊じん性を正確に測定する独自の試験システムを開発した。混合モード下の動的破壊じん性は、き裂の進展開始時における動的応力拡大係数の臨界値として評価される。そこで、本システムにおいては動的応力拡大係数を、衝撃圧縮試験装置内の弾性波の伝播を測定・記録・解析して得た円板試験片に作用する衝撃荷重の実測波形に対し、予めFEM解析で求めておいたステップ応答関数を重ね合わせることにより正確に数値計算している。そして、切欠先端近傍のひずみゲージにより破壊開始時刻を正確に検出し、混合モード衝撃荷重下の動的破壊じん性を正しく評価できる試験システムを構築した。円板試験片のステップ応答関数のFEM解析結果から中央切欠の方向と衝撃圧縮荷重の作用方向のなす角度を0°から増大させていくと、動的応力拡大係数のモードI成分が正から負へと単調に減少し、モードII成分は零から増大してある角度で最大値をとる。本年度はアルミナセラミックスの円板試験片に対して種々の角度で衝撃破壊試験を行い、動的破壊じん性がモードIとモードIIの混合比によってどのように変化するのかを明らかにした。
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