高速進展き裂の分岐過程とエネルギー解放率の連続性に関する実験的研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12650082
• 研究機関: 豊橋技術科学大学
• 研究代表者: 鈴木 新一 豊橋技術科学大学, 工学部, 助教授 (60135415)
• キーワード: 破壊力学 / 衝撃強度 / 実験応力解析 / 脆性破壊 / 破壊靭性 / 高分子材料 / き裂開口変位 / き裂進展

研究概要

高速進展き裂が分岐する力学的機構を解明するために、2種類の実験的研究を行った。その結果、以下の結論を得た。
[1]板厚3mm,分子量2×10^5のPMMA試験片中を650m/s以上の高速で進展しているき裂が2つに分岐する瞬間を、高速度ホログラフィ顕微鏡法を用いて3コマ連続撮影した。得られた写真から,分岐の前後10μs以内におけるき裂開口変位(COD)を測定した。その結果、以下の2点が明らかになった。
(1)分岐前のCODはき裂先端からの距離の1/2乗に比例する。また、分岐後のき裂では、母き裂のCODが、母き裂仮想先端からの距離の1/2乗に比例する。
(2)き裂開口変位から求めたエネルギー解放率は、分岐の前後で連続である。即ち、分岐の瞬間におけるエネルギー解放率の不連続的な増加は起こらない。
(3)き裂先端に流入する単位時間あたりのエネルギー流量は、分岐の前後で連続である。これは、分岐の前後で、き裂速度が大きく変化しないことによる。
[2]2台のパルスホログラフィ顕微鏡法光学系を用いて、分岐直後の高速進展き裂を、試験片両面で同時撮影した。その結果、以下の事実が明らかになった。
(1)試験片両面でき裂形状が明らかに異なる場合がある。これらのき裂では、分岐は3次元現象である。
(2)上記のき裂において、表面き裂として発生した分岐き裂が、試験片の破断に至るまで成長する場合がある。
(3)試験片両面でき裂形状が似ている場合でも、2つの分岐き裂の開口変位は異なっており、分岐は、母き裂に沿った直線に対して非対称である。
[3]分岐の瞬間におけるエネルギー解放率の連続性は、き裂の分岐が3次元現象であることによると考えられる。

研究成果

• [文献書誌] 鈴木新一, 坂上賢一, 水田貴久, 佐々木康利: "高速進展き裂の分岐時におけるき裂開口変位とエネルギー解放率の測定"日本機会学会論文集(A編). 67巻664号. 2010-2017 (2001)
• [文献書誌] Shinichi Suzuki, Kenichi Sakaue, Yasuyuki Morita, Taichi Mori: "Method for Successive Photographing of Rapid Crack Bifurcation by Means of High-Speed Holographic Microscopy"24^<th> International Congress on High-Speed Photography and Photonichs. SPIE Vol.4183. 480-487 (2001)
• [文献書誌] 鈴木新一, 森田康之, 坂上賢一: "高速度ホログラフィー顕微鏡法とモアレ干渉法による分岐き裂の開口変位測定"日本機会学会論文集(A編). 67巻655号. 432-439 (2001)
• [文献書誌] 坂上賢一, 鈴木新一: "高速進展き裂が分岐する瞬間の平板試験片両面における同時撮影"日本機会学会講演論文集. No.01-16. 87-88 (2001)
• [文献書誌] 鈴木新一, 木村英之, 渡邊雄三: "モアレ干渉法による分岐切欠きの開口変位測定開口変位に対するき裂分岐角の影響"日本機会学会講演論文集. No.01-16. 143-144 (2001)
• [文献書誌] 鈴木新一, 坂上賢一, 水田貴久, 佐々木康利: "高速進展き裂の分岐時におけるエネルギ解放率の測定"日本機会学会講演論文集. No.00-19. 303-304 (2000)