コースティックス法による各種負荷モード下での極異方性材の応力拡大係数の評価

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14550092
• Research Institution: Maizuru National College of Technology
• Principal Investigator: 生水 雅之 舞鶴工業高等専門学校, 機械工学科, 助教授 (70311040)
• Keywords: コースティックス法 / 極異方性 / モードI,II,III型負荷 / 応力拡大係数 / 初期曲線 / 3次元応力場 / 3次元有限要素法 / 直接シミュレーション

Research Abstract

著者はこれまでにコースティックス法を等方性材のみならず直交異方性CFRP積層材に対しても適用し,主に応力拡大係数Kの測定精度の観点より検討を進め,その有効性および問題点について明らかにしてきた.本研究では極異方性を有する木質材料へのコースティックス法の適用を目指し,まず初年度は切欠きを有する試験片に引張負荷または非対称の4点曲げ負荷を与え,モードI,IIおよびIIIの各種負荷モード下におけるコースティック像の大きさと形状より応力拡大係数K値の測定を行い,各種負荷モードが測定精度に及ぼす影響について統一的な視点で実験的に検討を行った.その際,本法では重要な因子となる初期曲線r_0の大きさと3次元応力場の変化が及ぼす影響について検討を行った.さらに切欠き先端の応力・変位場を8次元有限要素法(3D-FEM)を用いて解析を行い,ラグランジュ補間法に基づき,コースティック像の直接シミュレーションを行った.得られた知見は,以下のようにまとめられる.
1.モードII荷重下の場合,本研究で得られた最小の初期曲線の大きさr_<0,II>^<min>の値はモードI荷重下のr_<0,I>^<min>(試験片板厚の約1/2程度)より明らかに小さくなる傾向にあり,試験片板厚の約1/3程度であった.
2.3次元有限要素解析によりモードI,IIおよびIII荷重下に対応したコースティック像の直接シミュレーションを行うとともに,その具体的数値解析手法についても提示を行った.その結果,像の形状・大きさは,初期曲線の大きさによらず実験像と完全に一致することが明らかになった.なお,本研究で取扱った3D-FEM解析によるコースティック像の直接シミュレーションは,切欠き先端の応力・変位場を決定する上で一定の煩雑さを伴う場合や今後様々な新素材を対象にコースティック像を予測,再現または解析する上で有効な手法であると考えられる.

Research Products

• [Publications] 生水 雅之: "コースティックス法による各種負荷モード下における応力拡大係数の測定"第38回X線材料強度に関するシンポジウム講演論文集,(社)日本材料学会X線材料強度部門委員会. 123-127 (2002)
• [Publications] 生水 雅之: "3次元有限要素法による混合モード荷重下におけるコースティックス法のシミュレーション"平成14年度連合講演会講演論文集,(社)日本鉄鋼協会・(社)日本金属学会北信越支部共催. 7-7 (2002)
• [Publications] 生水 雅之: "コースティックス法による異方性材の応力拡大係数の測定"第34回応力・ひずみ測定と強度評価シンポジウム講演論文集,(社)日本非破壊検査協会. 21-26 (2003)