Application of microstructure based brittle fracture model to biaxial strength of graphite materials

微細構造に基づく脆性破壊モデルの黒鉛材料の2軸強度予測への応用

塙 悟史 ; 石原 正博 ; 柴田 大受 

Hanawa, Satoshi; Ishihara, Masahiro; Shibata, Taiju

工学的観点からより現実的な破壊モデルを黒鉛構造物の設計法に応用することが重要と考えられる。そこで、微細構造を考慮できる脆性破壊モデルの多軸破壊への応用性を検討した。脆性破壊モデルは、結晶粒の大きさのみならず気孔の大きさも扱うことができ、黒鉛結晶の異方性を考慮して確率論的に強度予測するものである。本研究では、脆性破壊モデルを多軸強度予測モデルに拡張し、準等方性黒鉛の強度予測を試みるとともに、内圧と軸荷重負荷による2軸強度データと比較検討した。検討の結果、2軸強度の実測データに対して本モデルによる予測結果は、平均強度のみならず強度分布についても良い予測結果が得られることが明らかとなり、本脆性破壊モデルのより現実的な設計手法としての応用性を示した。

From a viewpoint of advanced design method of graphite components, it is important to apply the realistic fracture model in the design method. The applicability of the microstructure based brittle fracture model under multiaxial stress condition was, therefore, investigated. The fracture model is possible to treat grain size as well as pore size with fracture mechanics approach taking account of the crystal structure of the graphite. The model was applied to the biaxial strength prediction of near isotropic nuclear graphite using grain/pore related microstructural parameters. Prediction results were compared with biaxial strength data obtained by simultaneous loadings of inner pressure and longitudinal load with thin-walled cylindrical specimen. From this study, it was found that the fracture model predicted fairly good not only mean strength but also strength distribution under biaxial stress condition, and it was concluded that the microstructure based brittle fracture model would be applicable as the advanced design method.