金属マトリックス複合材料の高温における破壊強度のマイクロメカニックス

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14550066
• 研究機関: 埼玉大学
• 研究代表者: 土田 栄一郎 埼玉大学, 工学部, 教授 (80016550)
• 研究分担者: 内山 豊美 埼玉大学, 工学部, 助手 (20151904) ; 荒居 善雄 埼玉大学, 工学部, 助教授 (70175959)
• キーワード: 複合材料 / FRM / MMC / 熱応力 / マイクロメカニックス / 破壊強度 / 弾性学

研究概要

航空,宇宙機器の先端構造材料として,繊維強化金属FRM(あるいは金属系複合材料MMC)が開発され,実用化されている.本研究ではMMCの高温における強度特性を明らかにするために,理論解析と実験により介在物のマイクロメカニックスに関する研究を行い,以下の結果を得た.
1.厚板に楕円体状介在物が存在し、軸対称曲げ、1軸回りの曲げを受ける場合、および無限体に1個の楕円体状介在物とらせん転位がある場合(完全接着と滑りを許した場合)の応力集中の干渉を弾性論に基づき厳密に解析し、応力分布,変位分布に及ぼす介在物の大きさ,形状比,横弾性係数比の影響を明らかにした.
2.無限弾性体に楕円体状介在物と円環状き裂が存在し、1軸引張荷重を受ける場合を考え,解析をした.円環状き裂についてはほぼ結果を得た。
3.MMCの熱応力の問題として,偏長回転楕円体状介在物をもつ半無限体を考え、介在物に剪断-eigen歪を与えた問題を弾性理論に基づいて厳密に解析し,応力分布,変位分布に及ぼす介在物の大きさ,形状比,横弾性係数比の影響を求めた.さらに,アイソパラメトリック2次要素を用いた境界要素法により楕円介在物の解析を行い,介在物の境界で摩擦を伴うすべりを許した場合の非線形問題を解析し、応力集中を明らかにした.
4.SiC粒子強化Al鋳造合金について高温破破断延性におよぼす熱サイクルの影響、静的破断機構のフラクトグラフイーによる評価を行った。さらに静的破断機構に及ぼす熱サイクルの影響を調べた。超音波法を用いて微小表面き裂を非破壊的に測定する方法を開発し,水浸超音波法を用い後方反射波の最大振幅を測定することにより、100ミクロンのき裂を検知することが可能になった.
5.Sic粒子強化AI鋳造合金について、繰り返し回転曲げ疲労実験を行い界面き裂の発生と進展特性を観察し、破壊起点が主に鋳造欠陥にあること、急速破壊は破壊靭性値以下で起きることなどを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] 土田 栄一郎, 荒居 善雄, 鄭 穎: "偏平回転楕円体状介在物を有する厚板の軸対称曲げ"日本機械学会論文集. A編68巻668号. 631-637 (2002)
• [文献書誌] Zheng Y., Tsuchida E., Arai Y.: "Stresses in a Thick plate containing an oblate spheroidal inclusion under axisym metric bending"Theor. and Appl. Mech.. Vol.51. 101-112 (2002)
• [文献書誌] 鄭 穎, 土田 栄一郎, 荒居 善雄: "偏平回転楕円体状介在物を有する厚板の曲げ"日本機械学会論文集. A編68巻676号. 1753-17** (2002)
• [文献書誌] Roziq H., Arai Y., Tsuchida E.: "Measurement of Internal Geometry of Small Surface Crack by Ultrasonic Method (Relation between Back Reflection Intensity, Crack Depth and Crack Deflection)"JSME Int. J.. Ser.A Vol.45 No.4. 603-611 (2002)
• [文献書誌] Cheri A.-L., Arai Y., Tsuchida E.: "Effect of Thermal Cycling on Ductility at Elevated Temperature for SiCp Reinforced Aluminum Cast Alloy"Theor. Appl. Mech.. Vol.51. 9-20 (2002)
• [文献書誌] Arai Y., Tsuchida E., Zhang M.: "Evaluation of fracture mechanisms for SiCp reinforced aluminum cast alloy"SEM Ann. Conf. Exp. Appl. Mech.. paperNo.34(CD-ROM). (2002)
• [文献書誌] 土田 栄一郎, 荒居 善雄, 鄭 穎: "偏平回転楕円体状介在物を有する厚板の軸対称曲げ"第51回理論応用力学連合講演会講演予稿集. Vol.51. 509-510 (2002)
• [文献書誌] 鄭 穎, 土田 栄一郎, 荒居 善雄: "一定勾配のeigen歪みを受ける偏平回転楕円体状介在物を有する厚板"日本機械学会2002年度年次大会講演論文集. Vol.I, No.01-1. 115-116 (2002)
• [文献書誌] 土田 栄一郎, 荒居 善雄, 田邊 有未, 中澤 健生: "すべりを許した球状介在物とらせん転位の干渉"平成14年度材料力学部門講演会講演論文集. No.02-05. 279-280 (2002)
• [文献書誌] 荒居 善雄, 土田 栄一郎, 陳 安竜: "SiC粒子強化Al鋳造合金の高温破断延性に及ぼす熱サイクルの影響"第51回理論応用力学連合講演会講演予稿集. Vol.51. 533-534 (2002)
• [文献書誌] 荒居 善雄, 土田 栄一郎, 張 明: "SiC粒子強化Al鋳造合金の静的破壊機構のフラクトグラフィによる評価"日本材料学会第51期学術講演会講演論文集. 405-406 (2002)
• [文献書誌] 荒居 善雄, 土田 栄一郎, 江川 寛之: "銅細線の繰返し加工硬化挙動に及ぼす焼きなまし温度の影響"日本機械学会平成14年度材料力学部門講演会講演論文集. No.02-50. 147-148 (2002)
• [文献書誌] 荒居 善雄, 土田 栄一郎, 木村 泰伸: "SiC粒子強化Al鋳造合金の疲労破壊機構の評価"日本機械学会2002年度年次大会講演論文集. Vol.II, No.02-1. 353-354 (2002)
• [文献書誌] 荒居 善雄, 土田 栄一郎, 張 明: "SiC粒子強化Al鋳造合金の静的破壊機構に及ぼす熱サイクルの影響"日本機械学会2002年度年次大会講演論文集. Vol.II, No.02-1. 299-300 (2002)
• [文献書誌] 陳 安竜, 荒居 善雄, 土田 栄一郎: "SiC粒子強化Al鋳造合金の破断延性に及ぼす熱サイクルの影響"日本機械学会2002年度年次大会講演論文集. Vol.II, No.02-1. 97-98 (2002)