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原子炉用圧力容器や配管をはじめとして高靱性材料で製作される構造物・機械の構造健全性を正確に評価するためには、複雑な荷重下における材料の延性破壊挙動を明らかにしておく必要がある。しかし、延性破壊に関する研究のほとんどは開口変位様式の単一モードの場合に限られ、混合モードの場合の延性破壊については研究が少なく未解明の点が多い。
本研究では、有限変形理論に基づいた有限要素解析およびアルミニウム合金を用いた破壊実験を行って、モードIおよびIIが重畳した混合モード荷重下での延性破壊について調べた。まず、小規模降伏状態におけるき裂先端近傍の変形、応力とひずみの分布および微小空孔の分布などを有限要素解析により明らかにした。また、大規模降伏状態にある試験片についても有限要素解析を行ない、き裂先端近傍の応力場について詳細に調べ、混合モード荷重下の弾塑性破壊力学パラメータとしてJ積分が有効であるための試験片の寸法条件を明らかにした。
つぎに、アルミニウム合金を供試材料として三点曲げおよび四点曲げ試験片による混合モード弾塑性破壊靱性試験を実施し、き裂の変形、進展開始および成長挙動を観察・計測するとともに、混合モード弾塑性破壊を支配する破壊力学バラメータについて検討した。さらに、特別な混合モード荷重用治具を作成し、アルミニウム合金のコンパクト形引張ーせん断試験片を用いて混合モード比を広範囲に変化させて弾塑性破壊靱性を計測するとともに、き裂の変形、進展開始および成長挙動を詳細にわたって明らかにした。
最後に、混合モード状態下の破壊進行領域内部の微視的延性破壊挙動について考察するために、き裂先端近傍に比較的大きな空孔を考慮してき裂とその空孔の変形挙動について解析し、き裂先端からのせん断破壊およびディンプル破壊の発生の実験結果を説明した。
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