| 研究課題/領域番号 |
09305011
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
機械材料・材料力学
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| 研究機関 | 東京理科大学 |
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研究代表者 |
岡村 弘之 東京理科大学, 理工学部, 教授 (00010679)
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| 研究分担者 |
金子 堅司 東京理科大学, 工学部, 教授 (40016803)
町田 賢司 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〓 東京理科大学, 工学部, 教授 (90217266)
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| 研究期間 (年度) |
1997 – 1999
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| キーワード | 破面解析 / ディンプル破壊 / 界面き裂 / 混合モードき裂 / 非弾性構成式 / 粘性・時効 / 異材界面 / 特異応力場 |
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| 研究概要 |
岡村ぱレーザー顕微鏡および走査型電子顕微鏡による破面の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。また延性破壊条件への拘束効果についての同様の手法により調べ、メゾスコピックなレベルでの挙動により拘束効果の現象が説明できることを示した。
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、変位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。従来の破壊靱性試験では、簡便評価式により容易に破壊靱性値が求められたが、混合モード界面き裂では不可能である。本研究で提案した多項式近似を行うことにより、混合モード界面き裂破壊靱性試験での応力拡大係数の簡便評価が可能となり、界面き裂の破壊挙動がより明らかになるものと考えられる。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。更に、界面き裂の応力拡大係数評価法プログラムが完成し、それを微視的き裂問題に適用するためにICパッケージの界面剥離を取り上げた。樹脂モールド時に発生するボイドなどの界面欠陥を起点として発生した界面剥離は、パッケージにとって致命的な損傷の原因となる事が知られている。そこで、リフロークラックなどの初期欠陥を想定し、有限要素法解析により非定常熱応力下の剥離界面の応力拡大係数を解析し、剥離がモードII成分に大きく起因することを明らかにした。
金子は金属や高分子材料の非弾性構成式を確立し、これを含む複合組織の変形強度特性を精度良く予測する道筋を付けることは、材料の使用目的に合致した最適な内部構造を有する材料の設計を行う上で極めて重要な意味を有している。本研究では種々の金属材料の非弾性構成方程式を粘性だけでなく時効を考慮した形式で統一的に構築することに成功しており極めて適用性が高いものとなっている。この三年間における研究の進展によって一部非鉄金属・高分子材料を含め、鉄鋼材料の粘性と時効特性が、負荷条件、試験温度、熱処理条件およぴ成分元素によって異なることを一連の実験的な検討によって示し、その定式化を行う事ができ、内部構造を考慮した複合材料の非弾性構成式構築へ大きなステップアップとなった。
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、分担者は特に、異材の界面や接合部に発生する応力特異性に着目して、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、特異応力場に基づく高性能性材料の強度評価法ほ提案し、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。
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