Determination and prediction of axial/off-axial mechanical properties of SiC/SiC composites

SiC/SiC複合材料の主軸/非主軸機械的特性の特定と予測

野澤 貴史; 小沢 和巳; Choi, Y.-B.*; 香山 晃*; 谷川 博康

Nozawa, Takashi; Ozawa, Kazumi; Choi, Y.-B.*; Koyama, Akira*; Tanigawa, Hiroyasu

SiC/SiC複合材料は核融合DEMO炉の候補材料である。さまざまな織物構造からなる複合材料に固有の異方性を検討することは、さまざまな破損モードによる主軸及び非主軸機械的特性を正確に予測するうえで必要不可欠である。本研究はさまざまな破損モード試験における複合材料のき裂進展挙動を明らかにし、強度異方性マップを獲得し、その予測手法を検討した。得られた強度異方性マップより、複合材料は混合破壊モードであることが明らかになり、また、面内剪断に加え、軸異方性のため主軸/非主軸の引張及び圧縮による、独立した計5つのパラメータに依存していることが明らかとなった。また本研究では、Tsai-Wuモデルにより、強度異方性がよく記述できることを示した。

A SiC/SiC composite is a candidate material for a demonstration fusion power reactor. Considering the inherent anisotropy of composites with variety of fabric architecture is required to precisely predict axial and off-axial mechanical properties by various failure modes. This study evaluated crack propagation behavior by the various modes to provide a strength anisotropy map and we discussed a methodology to analytically predict this trend. The strength anisotropy maps identified for various fabric orientations clearly indicate that the composites failed by the mixed modes. Specifically, due to the axial anisotropy, five individual modes such as tensile/compressive strengths in the axial/transverse directions, respectively, as well as the in-plane shear strength, are identified to be essential. In this study, with the analytical criterion based on the Tsai-Wu model, the strength anisotropy could satisfactorily be described.