エネルギー解放率に基づく非線形数値破壊力学の展開

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09651021
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 村川 英一 大阪大学, 接合科学研究所, 助教授 (60166270)
• 研究分担者: 大沢 直樹 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90252585)
• キーワード: エネルギー解放率 / き裂進展 / 有限要素法 / 界面要素 / 剥離 / 延性き裂 / 動的き裂進展 / き裂の進展速度

研究概要

本研究では、き裂まわりの塑性変形を数値計算により忠実に追跡しながら、物理モデルとして受け入れ易いエネルギー解放率(G値)を用いて、複合材における剥離も含めたき裂進展の問題を、非線形数値破壊力学の立場から検討した。そのための解析手法として、界面要素を導入したFEM解析を提案し、弾塑性材料中における静的および動的き裂進展解析に対する有効性を検証した。提案手法は、き裂進展によって新しい表面が生成される過程を界面要素という形でモデル化したものであり、表面エネルギーに等しいエネルギーの散逸を伴いながらき裂が進展するという現象を解析するための手法である。
(1)本研究で開発した解析プログラム
・軸対称弾性大変形問題におけるG値を計算するためのFEMプログラム
・3次元有限ひずみ弾塑性問題におけるG値を計算するためのFEMプログラム
・界面要素を用いた静的および動的き裂進展解析プログラム(2次元弾塑性問題)
・界面要素を用いた静的および動的き裂進展解析プログラム(3次元有限ひずみ弾塑性問題)
・温度依存型界面要素を用いた溶接高温割れ解析プログラム(平面応力問題)
(2)本研究で検討した種種のき裂進展問題
・基盤上の薄膜の座屈を伴った剥離の問題
・延性き裂の進展挙動に対する材料の加工硬化特性の影響に関する検討
・積層板の剥離の問題
・中央切欠き材における延性き裂の進展解析
・シャルピー衝撃試験における慣性力の影響に関する検討
・弾性板中を動的に伝播するき裂の伝播速度に対する負荷応力の影響に関する検討
・溶接高温割れに対する、試験片形状・寸法および溶接条件の影響に関する検討

研究成果

• [文献書誌] 呉政奇、芹澤久、村川英一: "表面エネルギーに基づいたき裂進展のモデル化と複合材料の界面剥離への応用(第3報)-き裂の伝播速度に及ぼす諸因子の影響-"関西造船協会誌. 233. 1-8 (2000)
• [文献書誌] H.Murakawa,Z.Wu: "Computer Simulation Method for Crack Growth Using Interface Element Employing Lennard-Jones Type Potential Function"Materials Science Research International. 5-3. 195-201 (1999)
• [文献書誌] Z.Wu,H.Serizawa,H.Murakawa: "New Computer Simulation Method for Evaluation of Crack Growth Using Lennard-Jones Type Potential Function"Key Engineering Materials. 166. 25-32 (1999)
• [文献書誌] H.Murakawa,H.Serizawa,and Z.Wu: "Computational Analysis of Crack Growth in Composite Materials Using Lennard-Jones Type Potential Function"Ceramic Engineering & Science Proceedings. 20-3. (1999)
• [文献書誌] 柴原正和、芹澤久、村川英一: "界面要素を用いた FEM による溶接高温割れに関する理論的研究(第一報)-温度依存型界面要素の開発-"関西造船協会誌. 232. 135-144 (1999)
• [文献書誌] 柴原正和、芹澤久、村川英一、呉政奇: "界面要素を用いた FEM による溶接高温割れに関する理論的研究(第二報)-温度依存型界面要素の定量的モデル化-"関西造船協会講演論文集. 13. 113-116 (1999)
• [文献書誌] M.Shibahara,H.Serizawa,H.Murakawa: "Finite Element Method for Hot Cracking Using Interface Element"Transactions of JWRI. 28-1. 47-54 (1999)