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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。
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