微視き裂先行型材料のプロセスゾ-ンに関する破裂力学的研究

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 63550072
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 阿部 博之 東北大学, 工学部, 教授 (00005266)
• 研究分担者: 橋田 俊之 東北大学, 工学部, 講師 (40180814) ; 伊達 和博 宮城工業高等専門学校, 機械工学科, 助教授 (10111254)
• キーワード: 破壊プロセスゾ-ン / 微視き裂 / 破壊力学 / き裂進展 / 岩石 / 超音波法 / 数値シミュレ-ション

研究概要

本研究の目的は、微視き裂先行型材料の破壊プロセスゾ-ン形成の実験評価ならびに数値シミュレ-ションを通じて、破壊プロセスゾ-ンに基づくき裂進展の破壊力学モデルに関する検討を行うことである。
本年度は、プロセスゾ-ンモデルを用いたき裂進展の数値解析を実施し、昭和63年度のプロセスゾ-ンの超音波法によるモニタリング結果と合わせることによりプロセスゾ-ンの形成則に関する研究を実施した。
破壊プロセスゾ-ン形成則として引張軟化則に注目し、Liらにより提案されたJ積分法により引張軟化則に評価した。1.5、2.5、4.5、ならびに6.0inch寸法のCT試験片を用いた実験により、最小必要寸法条件を満足すれば試験片寸法効果のない引張軟化曲線を決定できることを示した。
この実験結果に基づき、引張軟化則を組み入れた境界要素法プログラムを製作し、プロセスゾ-ン形成の数値シミュレ-ションを行った。数値解析により得られたプロセスゾ-ンの形成過程は、超音波法により実験的に評価された形成過程とよく対応することを示し、プロセスゾ-ンの形成則として引張軟化則を採用しうることを示した。また、本数値解析結果を用いて、J積分法により寸法効果のない引張軟化則を決定するための最小必要試験片寸法条件を提案した。さらに、引張軟化曲線から評価された破壊靭性値と、10m規模の水圧破壊試験で得られた破壊靭性値とを比較することにより、引張軟化則による大規模き裂進展の予測が可能であることを示した。本研究で開発した超音波法によれば、少なくても2個の試験片を要求するLiらの複数試験法に対して、引張軟化則の単一試験により評価が可能となる。

研究成果

• [文献書誌] 晴海佳三郎,伊達和博,内田正則,島田平八: "数値実験と光弾性とによる超音波画像の比較" 非破壊検査. 37. 552-560 (1988)
• [文献書誌] K.Date and Y.Udagawa: "Visualization and Evaluation of Ultrasonic Wave Generation by Various Types of Probes" Proc.IEEE 1988 Ultrasonic Symposium. 1069-1073 (1988)
• [文献書誌] 伊達和博,宇田川義夫: "画像処理による超音波の可視化像の改善" 非破壊検査. 38. 161-162 (1989)
• [文献書誌] 深沢孝幸,橋田俊之,高橋秀明: "光弾性皮膜法により脆性材料のき裂端プロセスゾ-ンの観察と非線形破壊力学" 日本機械学会論文集(A編). 54. 1553-1558 (1988)
• [文献書誌] T.Hashida: "Proc.of Int.Workshop on Fracture Toughness and Fracture Energy-TestMethods for Concrete and Rock" Tension-Softening Curve Measurements for Fracture Toughness Determination in Granite. 37-47 (1988)
• [文献書誌] 橋田俊之,上田剛,伊達和博,高橋秀明,阿部博之: "超音波による花こう岩の破壊プロセスゾ-ンのモニタリングと破壊靭性評価に関する研究" 日本機械学会論文集(A編).
• [文献書誌] H.Abe and K.Hayashi: "Mixed-Mode Crack Growth of a Reservoir Crack in a Rock Mass with Inhomogeneity in Fracture Toughness" Proc.1989 SEM Spring Conf.on Experimental Mechanics. 38-41 (1989)
• [文献書誌] 林一夫,小野章彦,阿部博之: "シエブロンき裂を有する円柱状三点曲げ試験片のBEM解析と岩石破壊じん性評価法の検討" 日本機械学会論文集. 54-504A. 1541-1545 (1988)
• [文献書誌] 阿部博之,林一夫,庄子哲雄: "高温岩体破砕における破壊力学の応用" 圧力技術. 26ー4. 78-85 (1988)
• [文献書誌] 阿部博之: "高温岩体からの熱エネルギ-の抽出" 地球ダイナミックな躍動、第3回「大学と科学」公開シンポジウム講演論文集,クバプロ. 221-230 (1989)
• [文献書誌] H.Abe,K.Hayashi and T.Hashida: "Studies on Crack Propagation Resistance of Rocks Based on Hydrofrac Data of Large Specimens" Proc.SEM/RILEM Int.Conf.on Fracture of Concrete and Rock,Eds.S.P.Shah and S.E.Swartz,Springer-Verlag.354-361 (1989)
• [文献書誌] 阿部博之: "新しい学問としての岩石力学" 西日本岩盤工学シンポジウム(事務局ニュ-ス). (1988)
• [文献書誌] 阿部博之: "岩石破壊力学とその応用(日本機械学会編)" コロナ社, 166 (1989)