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2017 年度 実績報告書

自己治癒セラミックスの構成モデルの構築と「損傷―自己治癒過程」の有限要素解析

研究課題

研究課題/領域番号 16K14111
研究機関横浜国立大学

研究代表者

尾崎 伸吾  横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (20408727)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
キーワード自己治癒材料 / セラミックス / 構成モデル / 損傷 / 有限要素法 / 反応速度論
研究実績の概要

アルミナ/SiC粒子分散型セラミックス複合材を対象に,損傷のみならず自己治癒挙動を記述するための構成モデルを提案した.具体的には,セラミックスの自己治癒挙動はき裂発生をトリガーとし高温酸化反応により自律的に生じるため,これを適切に記述し得る状態変数の発展則を導入した.なお,ワグナーの重量増加モデル(酸化反応速度論)に基づき発展則を規定してため,自己治癒挙動の温度依存性ならびに酸素分圧依存性を合理的に記述し得る.提案モデルにより,セラミックスの脆性破壊挙動のみならず,き裂の自己治癒挙動,さらにはそれらの競合関係を連続体力学の枠組みの中で合理的に記述できるようになった. また,提案モデルを有限要素法に実装することにより,損傷⇒自己治癒⇒損傷の一連の過程をシミュレートする解析手法を提案した.このような数値解析手法は他の研究には見られず,極めて高いオリジナリティーを有している.
さらに,粒子分散型セラミックス複合材との実験結果(alumina/15vol% SiC,alumina/30vol% SiC)との定量的な比較を行うため,ビッカーズ圧子による損傷の導入,自己治癒過程および三点曲げによる強度回復評価の一連の過程を模擬した有限要素解析モデルを作成し,提案構成モデルおよび数値解析手法の妥当性の検証を実施した.
他方,セラミックスの強度評価において不可欠となる,内部欠陥分布に依存した破壊強度のばらつきを予測する手法の確立にも成功している.
以上の成果をまとめ,査読付き国際誌3報,国際会議発表3件,国内会議発表5件の実績を得ている.

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 3件)

  • [国際共同研究] デルフト工科大学(オランダ)

    • 国名
      オランダ
    • 外国機関名
      デルフト工科大学
  • [雑誌論文] Finite element analysis of fracture statistics of ceramics: Effects of grain size and pore size distributions2018

    • 著者名/発表者名
      Shingo Ozaki, Yuya Aoki, Toshio Osada, Kyohei Takeo, Wataru Nakao
    • 雑誌名

      Journal of the American Ceramic Society

      巻: 印刷中 ページ: 1-14

    • DOI

      doi.org/10.1111/jace.15468

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Numerical study on crack bifurcation of self-healing fiber-reinforced ceramic matrix composite2017

    • 著者名/発表者名
      Yoshitomo Oba, Kyohei Takeo, Wataru Nakao, Shingo Ozaki
    • 雑誌名

      Mechanical Engineering Journal

      巻: 4 ページ: 1-12

    • DOI

      DOI: 10.1299/mej.16-00705

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Finite element analysis of self-healing and damage processes in Alumina/SiC composite ceramics2017

    • 著者名/発表者名
      Marika Nakamura, Kyohei Takeo, Toshio Osada, Shingo Ozaki
    • 雑誌名

      Technologies

      巻: 5 ページ: 1-10

    • DOI

      doi:10.3390/technologies5030040

    • 査読あり
  • [学会発表] 反応速度論に基づくセラミックス材料の損傷-自己治癒構成モデルの構築と有限要素解析への適用2017

    • 著者名/発表者名
      山本丈司,長田俊郎,尾崎伸吾
    • 学会等名
      日本機械学会年次大会
  • [学会発表] 有限要素解析による自己治癒セラミックスの競合引張試験2017

    • 著者名/発表者名
      竹尾恭平,大庭良友,中尾航,尾崎伸吾
    • 学会等名
      日本機械学会年次大会
  • [学会発表] 微視組織の確率的ばらつきを考慮したセラミックス強度の有限要素解析2017

    • 著者名/発表者名
      青木祐也,竹尾恭平,長田俊郎,尾崎伸吾
    • 学会等名
      日本機械学会計算力学講演会
  • [学会発表] アルミナ/SiC 複合セラミックスにおける自己治癒過程の有限要素解析2017

    • 著者名/発表者名
      中村茉里香,竹尾恭平,長田俊郎,尾崎伸吾
    • 学会等名
      M&M 材料力学カンファレンス
  • [学会発表] 有限要素解析を用いた長繊維自己治癒セラミックスのき裂分岐条件に関する研究2017

    • 著者名/発表者名
      竹尾恭平,大庭良友,長田俊郎,中尾航,尾崎伸吾
    • 学会等名
      M&M 材料力学カンファレンス
  • [学会発表] Numerical analysis on competitive tensile test of self-healing fiber-reinforced ceramics2017

    • 著者名/発表者名
      Kyohei Takeo, Yoshitomo Oba, Wataru Nakao, Shingo Ozaki
    • 学会等名
      International Conference on Self-Healing Materials
    • 国際学会
  • [学会発表] Finite element analysis of self-healing process in damaged alumina/SiC nanocomposite materials2017

    • 著者名/発表者名
      Marika Nakamura, Toshio Osada, Kyohei Takeo, Shingo Ozaki
    • 学会等名
      International Conference on Self-Healing Materials
    • 国際学会
  • [学会発表] Application of Kinetics-based Damage-Healing Constitutive Model to FE Analysis of Self-Healing Ceramic Materials2017

    • 著者名/発表者名
      Joji Yamamoto, Toshio Osada, Shingo Ozaki
    • 学会等名
      International Conference on Self-Healing Materials
    • 国際学会

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公開日: 2018-12-17  

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