熱応力緩和型傾斜機能材料平板のき裂進展挙動に関する研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10650080
• 研究機関: 静岡大学
• 研究代表者: 野田 直剛 静岡大学, 工学部, 教授 (20022238)
• 研究分担者: 石原 正行 静岡大学, 工学部, 助手 (60283339) ; 辻 知章 静岡大学, 工学部, 助教授 (80188531)
• キーワード: 弾性 / 熱応力 / 傾斜機能材料 / 熱衝撃 / 破壊力学 / き裂伝播 / 有限要素法

研究概要

本年度の研究実施
1 傾斜機能平板に一つのき裂が発生したとき、き裂の進展、き裂の屈曲メカニズムの研究
傾斜機能平板に一つのき裂が発生したとき、き裂の進展、き裂の屈曲について数値シュミレーションを実施した。
(1)傾斜組成を変えた場合、傾斜機能平板の金属の体積分率がVm=xmが与えられる場合、mが小さくなるほど、即ち、金属の割合いが大きいほど、き裂は直線的に進展し、き裂長さがある長さになったところでき裂の進展が停止する。mが大きくなるほど、き裂の屈曲が早く始まり、き裂は表面に平行に進展する。
(2)セラミックスの破壊靭性値が小さい程、き裂は屈曲が起こりやすく、き裂は表面に平行に進展する。
(3)加熱温度が高くなる程、き裂は屈曲が起こりやすく、き裂は表面に平行に進展する。
(4)金属リッチになるほど、セラミックスの破壊靭性値が大きいほど、加熱温度が低くなるほど、進展する直線き裂の長さは短くなる。
2 熱負荷が作用する傾斜機能平板における多数のき裂発生メカニズムの研究
き裂の進展について数値シュミレーションに適した自動メッシュ創成のプログラムを開発した。開発した自動メッシュ創成のプログラムを用いて、既知の問題について検討した結果、十分満足できるものであった。
そこで、二つの平行き裂のき裂進展について研究を行った。
(1)き裂は互いに遠ざかるように屈曲する。
(2)二つの平行き裂の間隔が短い程、早く屈曲する。
(3)二つの平行き裂間隔が十分長く、き裂が屈曲後お互いに近づいて進展する場合、き裂は合体せず、ある程度近づくとき裂は再び平行に進展する。

研究成果

• [文献書誌] T.Fujimoto,N.Noda: "Crack Propagation in a Functionally Graded Glate under Thermal Shock"Archive of Applied Mechanics. Vol.70,No.6. 377-386 (2000)
• [文献書誌] B.L.Wang and N.Noda: "Mixed Mode Crack Initiation in Piezoelectric Ceramic Strip"Theoretical and Applied Fracture Mechanics. Vol.34,No.1. 35-47 (2000)
• [文献書誌] Y.M.Shabana,N.Noda and K..Tohgo: "Elasto-plastic Thermal Stresses in Functionally Graded Materials Considering Microstructure Effects"Proceedings of the seventh Cairo University International MDP conference. 223-231 (2000)
• [文献書誌] T.Fujimoto,N.Noda: "Influence of compositional profile of the functionally graded material on the crack path under thermal shock"The American Ceramic Society. (予定). (2001)
• [文献書誌] T.Fujimoto,N.Noda: "Two crack growths in functionally graded plates under thermal shock", Journal of Thermal Stresses"Journal of Thermal Stresses. (予定). (2001)