金属の微細組織の非均質構造を考慮したメゾスコピック破壊力学の構築

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09305011
• 研究機関: 東京理科大学
• 研究代表者: 岡村 弘之 東京理科大学, 理工学部, 教授 (00010679)
• 研究分担者: 金子 賢二 東京理科大学, 理工学部, 教授 (40016803) ; 町田 堅司 東京理科大学, 理工学部, 講師 (50089380) ; 菊池 正紀 東京理科大学, 理工学部, 教授 (90107540) ; 中曽根 祐司 東京理科大学, 工学部, 教授 (10266918) ; 陳 玳こう 東京理科大学, 工学部, 教授 (90217266)
• キーワード: 破面解析 / ディンブル破壊 / 界面き裂 / 混合モードき裂 / 時効 / 粘性 / 異材界面 / 特異応力場

研究概要

岡村はレーザー顕微鏡および走査型電子顕微鏡による破面のの3次元画像処理システムを開発した。延性、脆性破面、ストライエーションの3次元的観察を行い、破壊と微視的疲労き裂進展メカニズムの検討を行った。また三年間の研究の総括を行った。菊池はボイドの発生・成長・合体によるディンプル破壊挙動を実験的、解析的に調べた。数値解析のために三次元有限要素法プログラムを開発した。SiC粒子分散強化アルミニウム合金の損傷・破壊実験と解析を通じて、この材料の強度に及ぼす影響因子とその重要性に着いて調べ,新たな高強度複合材料設計の指針を示した。町田は三次元有限要素法によりRichardとBenitzが提案した混合モード負荷用試験片(Compact normal and shear specimen)について、ヤング率、ポアソン比、混合モード比を広範囲に変えた解析を行い、仮想き裂進展法、き裂閉口積分法,変異外挿法により界面き裂の応力拡大係数を評価し、多項式近似による応力拡大係数評価法を提案した。また、レーザースペックル法により混合モードき裂の応力拡大係数を評価し、SunとJihの漸近解を用いることにより応力ひずみの高精度の解析が可能となった。金子はSUS316ステンレス鋼に対して、室温室から250℃の中温度領域で温度の上昇に伴い粘性と時効は抵下し、速度効果を示さない領域の存在を明らかにした。また、引張りとねじりの組み合わせによる二軸応カ状態での時効と粘性の変形応力に及ぼす影響についてSCM435クロムモリブデン鋼に対する検討を行った結果、引張による変形での粘性と時効はねじりによる変形時よりわずかに大きいことを確認した。陳は金属の微細組織の非均質構造を考慮したメゾスコピック破壊力学を構築するために、異材の界面や接合部に発生する応カ特異性に着目して、各種非均質構造における弾性、塑性の応力特異性、特異応力場の強さを数値解析手法で求め、特異応カ場に基づく高性能性材料の強度評価法を提案し、さらに実験結果に基づいてその有効性について検討を行った。その結果、特異応力場の強さに基づく非均質構造の強度評価法の有効性は明らかにされた。

研究成果

• [文献書誌] K.KANEKO and N.TOYOSHIMA: "Viscoplastic Constitutive Model with Aging"Proc.of Plasticity '99,The 7th Int.Symp.on Plasticity and Its Applications. 55-58 (1999)
• [文献書誌] 陳玳行,牛島邦晴: "接合界面における弾塑性応力特異性"日本機械学会論文集A編. 65-633. 1067-1074 (1999)
• [文献書誌] 陳玳行: "固有関数展開法による接合角部の応力特異性の解析"日本機械学会論文集第65巻第635号A編,p.1437-1444. 65-635. 1437-1444 (1999)
• [文献書誌] 野田尚昭、王清、高瀬康、陳玳行: "鋭いV型切欠きを有する丸棒の特異応力場の強さ"日本機械学会論文集第65巻第635号A編,p.2299-2302. 65-639. (1999)
• [文献書誌] Y.Nakasone and T.Miyama: "Computer Simukation of Mesoscopic Fracture Process Caused by Multiple Intergranular Cracks in Degrading Materials"Progress in Experimental and Computational Mechanics in Engineering and Material Behavior. 234-239 (1999)
• [文献書誌] Yuji Nakasone,Hirotada Nishiyama and Tetsuharu Nojiri: "Numerical Equivalent Inclusion Method:A New Computational Method for Analyzing Stress fields in and around Inclusions of Various Shapes"Materials Science and Engineering A. (2000)
• [文献書誌] M.Kikuchi,S.Nagata and H.Nakamura: "Study of the JIIIC Testing Method using a Single-Axis Testing Machine"Computer Modeling and Simulation in Engineering. 4-1. 64-69 (1999)
• [文献書誌] M.Geni and M.Kikuchi: "Void configuration under constrained deformation in ductile matrix materials"Computational Materials Science. 16. 391-403 (1999)
• [文献書誌] Kenji Machida: "Polvnomial Evalution of Stress Intensitv Factors of CNS Specimen with an Interface Crack Subject to Mixed-Mode Loading"JSME Inernational Journal,Series A. 42-1. 57-65 (1999)
• [文献書誌] Kenji Machida: "Study of Stress-Analyzing System by Speckle Photography"Proc.Int.Conf.on Advanced Technology in Experimental Mechanics'99. 2. 623-628 (1999)
• [文献書誌] Kenji Machida and Kei Itoh: "Stress Intensity Factors of Delamination Interface in IC Packages to Non-steady Thermal Stress"Progress in Experimental and Computional Mechanics in Engineering and Material Behaviour. 131-136 (1999)
• [文献書誌] K.KANKO and T.OYAMADA: "Viscoplastic Constitutive Model with Effect of Aging"International Journal of Plasticity. 16-1. 1-13 (2000)