熱応力緩和型傾斜機能材料の構成式とその設計プログラムの開発に関する研究

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06650101
• 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・弾塑性 / 熱応力 / 傾斜機能材料 / 熱衝撃 / 損傷力学 / 構成方程式 / 粒子分散型モデル / 破壊力学

研究概要

本研究は傾斜機能材料の設計に関し
(1)粒子の損傷を考慮した熱弾・塑性構成式の研究
(2)熱応力緩和型傾斜機能材料の設計とプログラムの開発
を行ったものである。本研究の成果は以下の通りである。
(1)粒子の損傷を考慮した熱弾・塑性構成式の研究
熱応力緩和型傾斜機能材料はセラミックスと金属の組成が連続的に変化する材料である。そのため、熱応力緩和型傾斜機能材料の構成式として、粒子分散型モデルに基づき、粒子の損傷を考慮した傾斜機能材料の熱弾・塑性構成式の研究を行ったものである。その結果、母材が金属、セラミックスが粒子の粒子分散型モデルに基づく構成式を導出することに成功した。
(2)熱応力緩和型傾斜機能材料の設計プログラムの開発
熱応力緩和型傾斜機能材料は高温で作成するため、作成時に残留応力が発生する。そのため、熱弾・塑性変形を考慮した傾斜機能材料の設計プログラムの開発が必要になる。導出された熱応力緩和型傾斜機能材料の構成式を用いて、弾・塑性変形を考慮した傾斜機能材料の熱応力のプログラムの開発を行った。その結果、(a)マクロ的には無応力状態だが、ミクロ的には粒子に大きな圧縮応力(または引張応力)が、母材に大きな引張応力(または圧縮張応力)が生じること。(b)作成時の温度がその後の応力挙動に大きく影響すること。(c)き裂の進展は最大でも板幅の1/10程度であること。(d)き裂の進展を最小にする最適組成分布は、セラミックス100%から金属100%まで直線分布であることを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] Z.Jin and N.Noda: "Transient Thermal Stress Intensity Factors for a Crack in a Semi-Infinite Plate of a Functionally Gradient Material" Int.J.Solids and Structures. 31(2). 203-218 (1994)
• [文献書誌] N.Noda and Z.Jin: "A Crack in Functionally Gradient Materials under Thermal Shock" Archiv of Applied Mechanics. 64(2). 99-110 (1994)
• [文献書誌] 野田直剛、革志和: "き裂を有する不均質材料の熱応力場における応力特異性" 日本機械学会論文集,A編. 60(572). 921-925 (1994)
• [文献書誌] 浅川厚志、野田直剛、東郷敬一郎、辻知章: "粒子分散型複合材の熱応力構成式" 日本機械学会論文集,A編. 60(575). 1632-1637 (1994)
• [文献書誌] Y.Obata and N.Noda: "Steady Thermal Stresses in a Hollow Circular Cylinder and a Hollow Sphere of Gradient a Functionally Material" Journal of Thermal Stresses. 17. 471-487 (1994)
• [文献書誌] Z.Jin and N.Noda: "Edge Crack in a Nonhomogeneous Half Plane under Thermal Loading" Journal of Thermal Stresses. 17(4). 591-599 (1994)
• [文献書誌] Z.Jin and N.Noda: "Crack-Tip Singular Fields in Functionally Gradient Materials" Journal of Applied Mechanics. 61(3). 738-740 (1994)
• [文献書誌] N.Noda and Z.Jin: "Stress Singularity of Nonhomogeneous Body with Crack in Thermal Stress Fields" JSME International Journal,Series A. 38(3). 364-369 (1995)
• [文献書誌] N.Noda: "Thermal Stresses in Functionally Gradient Materials" Int.J.of The Society of Materials Engineering for Resources. 3(1). 95-114 (1995)
• [文献書誌] 小畑良洋,野田直剛: "傾斜機能平板の定常熱応力(温度条件の一般化)" 名古屋工業技術研究所報告. 45(3). 134-144 (1995)
• [文献書誌] M.Nemat-Alla and N.Noda: "Thermal Stress Intensity Factor for Functionally Gradient Half Space with and Edge Crack under Thermal Load" Archive of Applied Mechanics. 66(8). 569-580 (1996)
• [文献書誌] Y.Obata and N.Noda: "Optimum Material Design for Functionally Gradient Material Plate" Archive of Applied Mechanics. 66(8). 581-589 (1996)
• [文献書誌] 野田直剛、倉田哲男、渕山隆、辻知章、小畑良: "き裂を有する傾斜機能平板の熱応力解析" 日本機械学会論文集,A編. 62(601). 2015-2020 (1996)
• [文献書誌] M.Nemat-Alla and N.Noda: "Study of an Edge Crack Problem in a Semi-infinite Functionally Graded Medium with Two Dimensionally Nonhomogeneous Coefficient of Thermal Expansion under Thermal Load" Journal of Thermal Stresses. 19(9). 863-888 (1996)