異種接合材料の界面近傍に存在するき裂の応力拡大係数の評価法の提案とその実証

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12750074
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 井岡 誠司 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (50283726)
• Keywords: 異種接合材料 / 接合界面 / 自由縁応力特異性 / 応力拡大係数 / 界面き裂

Research Abstract

本年度は,異種接合材料の接合界面近傍に自由縁応力特異場に内包される程度の微小な縁き裂を導入した場合について,そのき裂先端の応力拡大係数を境界要素法を用いて解析を行った.異種接合材料の界面端近傍に接合界面に平行な微小き裂を導入し,き裂と接合界面の距離を変化させながらき裂先端の応力拡大係数を解析し,き裂界面間距離と応力拡大係数の関係について検討を行った.また,重ね合せの原理を用いて自由縁応力特異場と界面端近傍微小き裂の応力拡大係数の関係について検討を行った.その結果,以下のような結論を得た.
(1)重ね合せの原理を用いて応力拡大係数を理論的に求めた結果は,き裂界面間距離が大きな場合について境界要素解析によって求めた結果とよく一致したが,き裂界面間距離が小さい場合には一致しなかった.これは,重ね合せの原理を用いて求める場合には接合界面の影響を考慮していないためであると思われる.また,き裂と接合界面の距離が非常に小さい場合には境界要素解析の結果はK_Iの値についてはHutchinsonにより求められた漸近解によく一致したが,K_<II>の値については一致しなかった.この原因は,Hutchinsonの漸近解は半無限き裂について求められたものであり,半無限き裂を考えた場合にき裂に平行な方向への変位が有限長さのき裂を考えた場合に比べて出にくいためであると考えられる.
(2)界面近傍き裂の応力拡大係数K_Iはき裂が界面から少し離れた場合に最大値をとる.き裂がない異種接合材料について界面端近傍の応力分布を考えた場合,界面に垂直な方向の応力σ_<yy>の等応力線図は界面端の点を中心にして同心円状に広がるのではなく,接合界面において若干へこんだ形になり母材内部へ向かって拡がる形になっている.重ね合せの原理で応力拡大係数を求める場合,この応力の分布形が,K_Iが界面から少し離れた位置で最大値をとる原因のひとつであると考えられる.

Research Products

• [Publications] 井岡誠司: "異種接合材料の自由縁応力特異性と接合界面端近傍に存在するき裂の応力拡大係数の関係"第44回日本学術会議材料研究連合講演会講演論文集. 127-128 (2000)
• [Publications] 松田崇: "異種接合材の界面端微小き裂の応力拡大係数と自由縁応力特異性との関係に関する数値的および理論的検討"日本機械学会関西支部第76期定時総会講演会講演論文集. (発表予定). (2001)
• [Publications] 松田崇: "異種接合材の自由縁応力特異性の強さと界面端微小き裂の応力拡大係数の関係に対する接合角度の組合せの影響"日本材料学会創立50周年記念学術講演会講演論文集. (発表予定). (2001)