| 研究概要 |
本研究では、構成相のいづれかが非線形化すると両相の剛性が著しく異なるMMCなどの複合材料の粒子/繊維分散モデルの構築に取り組んだ。初年度では混合則理論の確立を行い、次年度には広範な領域に理論を発展させた。研究目的として:(I)ミクロ粒子回りで起きる損傷などの局所的な非線形挙動をメゾFEM解析する。(II)開発した粒子/繊維粒子分散モデルを発展させ、塑性などの非線形域における理論モデルを構築し構成則を立てる。さらに熱膨張,熱伝導問題にまで発展させる。(III)混合焼結体の引き張り試験を行い構成則を実証する。また(IV)本構成則を繊維強化複合材料の構成則に適用する。
本目的に沿って研究を実施し、以下に示す成果を得た。
(1)本研究でまず,粒子分散体の基礎となる混合則に関する自己整合SCC(Self-consistent Compliance)法と局所剛性法、即ちLRM法(Localized Ridigity Method)を考案した。これらを用いて母相が塑性化する弾塑性構成則および、母相が微視的な損傷を起こす場合の構成則を構築、開発した。この分野で初めて、塑性や損傷の非線形性により母相内の応力分布形態が異なる複合材料に標準分布の分散値をモデルに巧く取り入れてモデルの構築を可能とした。
(2)開発した構成則モデルの粒子形状をアスペクト比の高い長楕円体と変えて、高強度を呈するウィスカ分散複合材料の構成則を構築した。繊維の配向性と偏り分布が複合材料の巨視的な特性に著しい影響を与えるため、これらを新たな材料パラメタとしてモデル化した。
(3)上記の粒子分散あるいは繊維分散複合材料の材料構成則に加えて、同じSSC法を用いて複合体の巨視的な熱伝導則および微膨張則をも構築した。
(4)上記(1)〜(3)で開発したモデルの精度を、有限要素法によるメゾ・メカニックス解析により検証し、現存の他者のモデルに較べて精度がかなり高いことを確認した。
(5)一般的には、これらの材料モデルは実験との比較において検証することが求められるため、市販の短繊維分散複合材料であるナイロン66を母材とするトレカ・ペレットを購入し、引き張り試験片と熱伝導、熱膨張試験片を作製して実験を行った。繊維の配向性を考慮した結果、モデルと実験結果の間に非常に良い一致が得られ、本モデルの信頼性を示すことが出来た。
(6)これらの研究結果を日本機会学会誌、ICE98、ICFSS、ISSTAD、機材力部門委員会、計算工学会、他などの誌上および学会で発表した。また印刷予定の論文も数編あり、これから発表予定のための論文数編を準備している。
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