粗骨材粒を含む多孔質耐火れんがの構造モデル化と非線形変形挙動解析に関する研究

2020 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18K03835
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分18010:材料力学および機械材料関連
• 研究機関: 静岡大学
• 研究代表者: 坂井田 喜久 静岡大学, 工学部, 教授 (10334955)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 多孔質耐火れんが / 粗骨材粒 / 弾性ヒステリシス / 非線形変形 / 構造粘性

研究成果の概要

本研究は，粗骨材粒を含むマグネシア・スピネル質れんがを用い，曲げ荷重や単軸の圧縮荷重を負荷/除荷してれんがの荷重－ひずみ線図を測定した．実験の結果，この材料の変形挙動は，弾性ヒステリシスを示し，負荷速度や除荷速度に依存しないことがわかった．そこで，本研究では，弾性ヒステリシスを質点の力学を基礎としたばね要素と粘性要素による構造モデル化を試みた．その結果，粗骨材粒を含む多孔質れんがの変形挙動は，ばね要素と構造粘性要素のフォークトモデルで表現できることがわかった．

自由記述の分野

材料強度学

研究成果の学術的意義や社会的意義

焼成炉に用いるマグネシア・スピネル質れんがは，１から５ｍｍの粗骨材粒を中粒と細粒に加えて焼き固めることで収縮率を抑え，脱落し難い耐スポーリング性の高い機能性れんがを提供し，炉の安全を担保してきた．その一方で，粗骨材粒の混合比を増すと健全性が増すとともに，非線形な変形挙動を示すようになるが，なぜ非線形な変形挙動を示すか不明であった．この研究で，れんがの実際の変形特性を定量的に把握し，ばね要素と構造粘性要素のフォークトモデルで特異な変形挙動を表現できることが判明した．今後，れんがの健全性をより向上させ得る“組織構造”の提案につなげることで，科研費で得た知見を社会に還元できる．