FRMの信頼性に関する研究

1988 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 61460094
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 福永 秀春 広島大学, 工学部, 教授 (90034347)
• 研究分担者: 合田 公一 広島大学, 工学部, 助手 (10153743)
• キーワード: FRM / 引張強さ / 強度評価 / ワイブル分布 / 信頼性 / 寸法効果 / 弾塑性有限要素法 / シアラグ理論

研究概要

本年度はFRMの強度分布特性に及ぼす寸法効果について調査した。試材はホットプレス法によって調製したボロン繊維強化Al複合材を用い、繊維本数とゲージ長さをそれぞれ10本と10mm、10本と30mmおよび30本と30mmにして加工した試験片によって引張試験を行った。その結果、繊維本数およびゲージ長さが増加する程、強度の平均値は低下したが、変動係数についてはさほど大きな変化はみられなかった。この結果を昨年度提示したシアラグ理論による強度シミュレーション手法によって予測したところ、強度の平均値についてはほぼ同様な値が得られたものの、変動係数については若干過少評価される傾向にあった。また、ワイグル確率紙上での強度プロット点の推移はある程度一致することが示された。
一方、シアラグ理論では母材の受持つ軸力および繊維と直角方向の応力分布を扱うことができないので、厳密なFRM内の応力解析には問題がある。そこで弾塑性有限要素法によって、シアラグ理論による応力解析の有効性について検討した。すなわち、繊維を弾性体とみなした棒要素、マトリックスを弾塑性体とみなした定ひずみ三角形要素とし、棒要素を三角形要素の軸方向の一辺上に組込んだ要素モデルによって数値解を求めた。その結果、繊維間隔が0.25mmのとき、シアラグ理論による厳密解は有限要素法によって得られる値とほぼ一致したが、0.5mm、1mmと拡がるにつれて一致性が認められなくなることが明らかになった。
また、ワイヤ状FRMの強度を無加工のまま直接引張ることを試み、FRMの強度評価法について検討した。その結果、ワイヤー状FRMに均一なつかみ力が作用するようにつかみ方法を工夫することによって、タブを付ける従来の引張試験法と差異なく評価できることを示した。さらに、このFRMの強度特性に及ぼすマトリックス合金添加元素および急冷熱処理の影響についてワイブル統計を用いて明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] K.Goda;H.Fukunaga: Proceeding of 3rd Conference of Asian-Pacific Congress on Strength Evaluation. 3. (1989)
• [文献書誌] 福永秀春,高橋良宏: 鉄と鋼. 75. (1989)
• [文献書誌] 合田公一,福永秀春: 鉄と鋼. 75. (1989)
• [文献書誌] 福永秀川,合田公一,築本勝則: 日本機械学会中国四国支部第27期総合・講演会講演概要集. No.895ー1. 25-26 (1989)
• [文献書誌] 合田公一,北原耕一,田中誠一郎,福永秀春: 日本機械学会中国四国支部第27期総合・講演会講演概要集. No.895ー1. 28-29 (1989)
• [文献書誌] 福永秀春,合田公一,細谷成史: 日本機械学会中国四国支部第27期総合・講演会講演概要集. No.895ー1. 12-13 (1989)