マイクロメカニックスによる脆性破壊の考察; 引張/圧縮応力下の疲労

Brittle fracture in view of micromechanics; Fatigue under reverse stress cycles

荒井 長利

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エンジニアリングセラミックス系材料は一般に多孔質の多結晶体である。このマイクロないしメソスケールの気孔の存在が材料の熱的、機械的性質に重大な影響を及ぼす。本研究では、黒鉛材の疲労現象において、単純引張り負荷に比較して、引張り/圧縮の両振り負荷で疲労寿命が短縮する挙動を採り上げた。その原因を、潜在き裂に圧縮応力が作用する時のマイクロメカニクス計算により考察した。Horiiらの基本理論に準拠し、原子炉用黒鉛PGXの強度、破壊力学的性質を適用した。計算では、圧縮応力下において潜在微視き裂から発生する2次き裂(モードI型の引張りき裂)の発生とその先端応力拡大係数を評価した。この結果、マイクロクラックに特有の破壊力学特性から、実験での圧縮応力レベルでも、き裂の成長が起こりうること、そして、これらの無数の2次き裂の存在が、両振り応力サイクル下での主き裂の伝播を加速することになる、と考えられる。

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