Re-defining failure envelopes for silicon carbide composites based on damage process analysis by acoustic emission

アコースティックエミッションによる損傷過程解析を基にした炭素珪素複合材料の損傷包括の再定義

野澤 貴史; 小沢 和巳; 谷川 博康

Nozawa, Takashi; Ozawa, Kazumi; Tanigawa, Hiroyasu

SiC/SiC複合材料は核融合DEMOブランケットの有力な候補材である。潜在的な擬延性破壊のため、このクラスの複合材料の破損シナリオを特定することは実用化に向けた設計コードの開発において重要であることは疑う余地はない。本研究は、擬延性SiC/SiC複合材料の破損挙動を明らかにし、強度マップを得ることである。そのため、引張,圧縮及び面内剪断モードによる破損過程の詳細をアコースティックエミッション(AE)法により明らかにし、特に、AE試験の結果にウェーブレット解析を適用することにより、損傷蓄積過程を分類した。特筆すべきは、引張及び圧縮試験ともに、マトリックスクラックが比例限度応力以下で生じている点であり、これはSiC繊維の表面粗さに起因して強い繊維/マトリックス界面摩擦力が得られたことによるものと結論づけられた。本論文では、より現実的かつ合理的な破損クライテリアとして、実際のマトリックスクラック応力を参照し、破損包括線を改定したものを示す。

A SiC/SiC composite is a promising candidate for a fusion DEMO blanket. Due to the inherent quasi-ductile failure of composites, determining failure scenario for this class of composites is undoubtedly important to develop design codes in practical use of them. This study aims to evaluate the failure behavior of the quasi-ductile SiC/SiC composites to provide a strength map. For this purpose, detailed tensile, compressive and in-plane shear failure behaviors were evaluated by the acoustic emission (AE) technique. The AE results distinguished damage accumulation processes by wavelet analysis. Of particular emphasis is that matrix cracking occurred prior to the PLS by both tensile and compressive loadings because the rough-surface of SiC fibers resulted in the strong frictional stress at the fiber/matrix (F/M) interface. In this paper, an updated failure envelope will be provided by referring the actual matrix cracking stresses as more realistic and reasonable failure criteria.