アラルダイトとホマライト中を高速進展するき裂の分岐過程に関する実験的研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14550076
• 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 / 脆性破壊 / 衝撃強度 / き裂分岐 / き裂開口変位 / 光計測 / ホログラフィ / 高速度撮影

研究概要

アラルダイト,ホマライト及びPMMAの平板試験片を用いて高速分岐き裂に関する実験的研究を行い、以下の結果を得た。
(1)アラルダイト試験片中を秒速300m/s以上の高速で進展するき裂が2つに分岐する瞬間を、試験片の両面で同時に撮影した。き裂は開口型である。撮影には2台のパルスホログラフィ顕微鏡光学系を用いたその結果・高速進展き裂が分岐した直後においては、試験片の両面でき裂の形状が異なっている事が判明した。この結果はPMMA中の高速進展き裂の結果と同じである。したがって、アラルダイト中の分岐き裂は、板厚方向に貫通した2次元き裂として現れるのではなく、板厚方向に貫通していない3次元き裂として発生すると言える。
(2)ホマライト試験片中を高速進展するき裂が分岐する瞬間のき裂速度と開口変位(COD)を測定し、そこから分岐の直前直後におけるエネルギー解放率を求めた。測定には高速度ホログラフィ顕微鏡法を用いた。その結果、分岐の瞬間を挟んでエネルギー解放率は連続的に増加することが判明した。これはPMMA中の高速進展き裂の測定結果と同じであり,「分岐の瞬問を挟んでエネルギー解放率が連続である」という事実が、PMMA以外の材料でも現れる事が示された。
(3)PMMA中の高速進展き裂が分岐する瞬間を高速度ホログラフィ顕微鏡法で3コマ連続撮影した。その結果、分岐き裂が母き裂に完全には結合しでいない例が見出された。この事実は、「1つのき裂が連続的に2つに分岐する」1というYoffeの分岐理論よりも、「分岐にはき裂先端周辺に発生する微小き裂が関係している」というKnauss and Ravr-Chandarの仮説を支持している。

研究成果

• [文献書誌] Shinichi SUZUKI, Kenichi SAKAUE: "Simultaneous Photographing of Rapidly Bifurcating Cracks on Both Surfaces of Plate Specimens with Pulsed Holographic Microscopy"The 25^<th> Int. Cong. on High-Speed Photography and Photonics. SPIE(To be published). (2003)
• [文献書誌] Shinichi SUZUKI, Kenichi SAKAUE: "Measurement of Crack Opening Displacement and Energy Release Rate of Rapidly Bifurcating Cracks by High-Speed Holographic Microscopy"Int. Conf. on Advanced Technology in Experimental Mechanics. JSME(発表予定). (2003)
• [文献書誌] Kenichi SAKAUE, Shinichi SUZUKI: "Measurement of the Crack Opening Displacement of Rapidly Bifurcating Cracks on Both Surfaces of PMMA Specimens"Int. Conf. on Advanced Technology in Experimental Mechanics. JSME(発表予定). (2003)
• [文献書誌] 鈴木新一, 坂上賢一: "高速進展き裂先端応力場のホログラフィ計測"日本機械学会講演論文集(材料力学部門2003年春のシンポジウム). No.03-06. 94-95 (2003)
• [文献書誌] 坂上賢, 鈴木新一: "高速分岐き裂の試験片両面におけるき裂開口変位測定と分岐過程の検討"日本機械学会講演論文集(東海支部第52期総会講演会). No.33-1. 223-224 (2003)
• [文献書誌] 宮下友貴, 鈴木新一: "モアレ干渉法による分岐切欠きの応力拡大係数測定"日本機械学会講演論文集(東海支部第52期総会講演会). No.33-1. 239-240 (2003)
• [文献書誌] 鈴木新一, 坂上賢一: "光学的手法による高速分岐き裂の開口変位と応力場の測定"九州大学応用力学研究所研究集会報告実験力学における計測・データ処理の問題点・ノウハウ・工夫. 14ME-S4. 239-240 (2003)
• [文献書誌] 鈴木新一, 坂上賢一: "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"日本機械学会論文集(A編). 68巻・675号. 1674-1680 (2002)
• [文献書誌] 鈴木新一, 坂上賢一: "マイクロ秒領域における高速進展き裂のホログラフィ撮影"日本機械学会講演論文集(平成14年度材料力学部門講演会). No.02-05. 195-196 (2002)
• [文献書誌] 鈴木新一, 坂上賢一: "ホマライト100中を高速進展する分岐き裂の高速度撮影"日本機械学会講演論文集(平成14年度材料力学部門講演会). No.02-05. 655-656 (2002)
• [文献書誌] 鈴木新一, 坂上賢一: "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き裂開口変位の測定"日本機械学会講演論文集(2002年度年次大会). No.02-1Vol.II. 149-150 (2002)
• [文献書誌] 鈴木新一, 坂上賢一: "光干渉法を用いた高速進展き裂先端部の3次元応力場内における応力拡大係数測定"日本機械学会講演論文集(2002年度年次大会). No.02-1Vol.II. 155-156 (2002)
• [文献書誌] 坂上賢一, 鈴木新一: "脆性破壊の撮影を目的とした高速度ホログラフィ顕微鏡法の高速度化"日本機械学会講演論文集(東海支部豊橋地区講演会). No.014-2. 25-26 (2002)
• [文献書誌] 鈴木新一, 渡辺雄三: "モアレ干渉法による分岐切欠きの開口変位測定(分岐切欠き長さの影響)"日本機械学会講演論文集(東海支部豊橋地区講演会). No.014-2. 53-54 (2002)
• [文献書誌] 坂上賢一, 鈴木新一: "干渉法による静止き裂先端の3次元応力場における応力拡大係数の測定"日本実験力学会講演論文集(2002年度年次講演会). No.2. 141-144 (2002)
• [文献書誌] 鈴木新一, 坂上賢一: "コースティック法によるき裂先端3次元応力場での応力拡大係数測定"日本実験力学会講演論文集(2002年度年次講演会). No.2. 228-232 (2002)