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論文

複数の圧子を用いた押込み試験による構成式中の材料定数の同定

涌井 隆*; 二川 正敏; 田辺 裕治*; 井岡 郁夫

材料, 51(6), p.681 - 687, 2002/06

材料照射の損傷機構と力学的なマクロ特性との相関を知る簡便な手法として硬さの計測が行われる。一方、原子炉システム耐食構造部材では環境割れ機構の解明が急務であり、機構解明には粒界脆化などの材料微小領域における力学特性を評価することが重要となる。そこで、押込み試験から微小領域の材料質変化を評価し、マクロ的な力学特性として材料定数を定量的に評価する手法を考案した。すなわち、複数の形状の異なる圧子を用いた微小押込み試験から得た荷重深さ曲線を実験的及び解析的に評価する。解析的に評価した荷重負荷曲線の傾きと材料定数との関係を示す特性曲線及び傾きの実験値を用いて、各圧子に対する荷重負深さ曲線を表す最適な材料定数を同定する。仮想数値実験と2種類の合金に対する実験結果から、本手法の有用性を確認した。

論文

Identification of the constitutive equation by the indentation technique using plural indenters with different apex angles

二川 正敏; 涌井 隆*; 田辺 裕治*; 井岡 郁夫

Journal of Materials Research, 16(8), p.2283 - 2292, 2001/08

材料表層部、すなわち腐食層,表面改質層,薄膜,さらに照射材料など微小材料領域の力学特性評価手法として、微小押し込み試験法は有用である。これまでに、押し込み荷重-深さ曲線をもとに、逆解析的に応力-ひずみ曲線を決定することができることを示し、弾-完全塑性体としてモデル化できる脆性材料の腐食層、あるいは防食被膜の特性評価を行った。しかしながら、一般に構成式が指数関数型で表せる延性材料の場合には、定めるべき係数が多く、逆解析的に構成式を決定することが困難である。そこで、複数の形状の異なる圧子を用いた押し込み荷重-深さ曲線から、一義的に構成式を決定できる新たな手法を提案した。さらに、本手法をニッケル基合金及びアルミ合金に適用し、その有効性を示した。

論文

Dynamic effect on strength in SiC$$_{f}$$/SiC$$_{m}$$ composite

二川 正敏; 田辺 裕治*; 涌井 隆*; 粉川 広行; 日野 竜太郎; 衛藤 基邦

International Journal of Impact Engineering, 25(1), p.29 - 40, 2001/01

 被引用回数:11 パーセンタイル:48.19(Engineering, Mechanical)

SiCセラミックは、高温強度、耐食性に優れ、かつ低放射化材料であることから、特殊環境下で使用される原子炉構造材料として期待されている。しかしながら、強度のばらつきが大きく脆性であることから、実用化に向け課題が多い。近年、脆性を克服するためにSiC長繊維で強化したSiCセラミックス複合材料が開発されている。繊維強化複合材料の非脆性化あるいは高強度発現機構は、繊維・マトリックス界面特性に大きく依存する。そこで、繊維含有率、繊維被覆材(C,BN)を変えて、衝撃荷重を含む広範囲の荷重速度(10$$^{-4}$$~200l/s)下で引張強度試験を行い、強度及び変形と界面特性の関係について調べた。準静的界面強度は微小押込み試験法により、また動的効果については破面に残存する繊維引き抜き長さから評価した。その結果、繊維被覆厚さの増加及び負荷速度の減少に従って、繊維引き抜き長さが増加し、変形に対する非線形性(非脆性化)が現れること、衝撃強度は準静的強度より増加することを明らかにした。

論文

曲げ負荷その場微小押込み試験による脆性被覆膜の残留応力評価

二川 正敏; 涌井 隆*; Steinbrech, R. W.*; 田辺 裕治*; 原 利昭*

日本機械学会論文集,A, 66(646), p.152 - 158, 2000/06

脆性被覆膜の健全性に大きく影響する残留応力及び破壊靱性値K$$_{R}$$を精度良く評価できる新たな試験技術を提案した。すなわち、超小型曲げ荷重負荷試験機を組み込んだ微小押込み試験装置を用いて、曲げ荷重負荷状態下で任意の押込み荷重による圧痕から伝播するき裂に対してその場観察を行い、相当残留応力として作用する曲げ応力と微小き裂長さとの関係を求めた。これより、残留応力及びK$$_{R}$$値が精度よく評価できることを示し、K$$_{R}$$値については残留応力フリーで実測された値と、また残留応力については基材とコーティングとの熱膨張差を考慮した熱弾性解析結果とほぼ合致することから、本手法の妥当性を確認した。さらに、曲げ荷重無負荷時に得られるき裂長さによるK$$_{R}$$値の評価結果にはぼらつきが多く現れるが、任意の曲げ加重を負荷した結果を組み合わせることにより、得られたK$$_{R}$$値の信頼性を向上できることを示した。

論文

微小押込み試験法によるセラミックス腐食表層の力学特性評価

涌井 隆*; 二川 正敏; 田辺 裕治*; 衛藤 基邦

日本機械学会論文集,A, 65(640), p.15 - 20, 1999/12

熱化学水素製造ISプロセスの硫酸濃縮・蒸発工程で使用可能な容器材料及び皮覆材料として期待されるセラミックス材料(Si-SiC,Si$$_{3}$$N$$_{4}$$)に対して、沸騰濃硫酸環境中腐食後の腐食表層部の力学特性を微小押込み試験及び有限要素法による接触解析から評価した。これより、微小押込み試験から得られる荷重/押込み深さ曲線には、両材料の腐食形態の差異が反映されることを確認した。さらに、実験的に評価された曲線を再現できるように、腐食層の材料定数を決定する逆解析により、腐食層の力学特性を推定できることを示した。

論文

Dynamic effect on strength in SiC$$_{f}$$/SiC composite

二川 正敏; 田辺 裕治*; 粉川 広行; 日野 竜太郎; 衛藤 基邦

Impact Response of Materials and Structures, p.363 - 368, 1999/00

SiCセラミックは、高温強度、耐食性に優れ、かつ低放射化材料であることから、特殊環境下で使用される原子炉構造材料として期待されている。しかしながら、強度のばらつきが大きく脆性であることなどから、実用化に向け課題が多い。近年、脆性を克服するためにSiC長繊維で強化したSiCセラミックス複合材が開発されている。繊維強化複合材料の非脆性化あるいは高強度発現機構は、繊維・マトリックス界面特性に大きく依存する。そこで、繊維含有率、繊維被覆材(C,BN)を変えて、衝撃荷重を含む広範囲の荷重速度(10$$^{-4}$$~200l/s)下で引張強度試験を行い、強度及び変形と界面特性の関係について調べた。準静的界面強度は微小押込み試験法により、また動的効果については破面に残存する繊維引き抜き長さから評価した。その結果、繊維被覆厚さの増加及び負荷速度の減少に従って、繊維引き抜き長さが増加し、変形に対する非線形性(非脆性化)が現れること、衝撃強度は準静的強度より増加することを明らかにした。

論文

Effect of loading rate on the strength of SiC$$_{f}$$/SiC composites

Y.J.Stockmann*; 二川 正敏; 小宮 慎吾*; 田辺 裕治*; 粉川 広行; 日野 竜太郎; 光野 司郎*

Ceramic Material Systems with Composite Structures, 99, p.357 - 369, 1998/00

耐熱、耐食、低放射化材料であることから次世代原子炉構造機器材料として期待される、SiC長繊維複合材料(SiC$$_{f}$$/SiC$$_{m}$$)の強度に与える荷重負荷速度の影響について、繊維含有率及び繊維皮膜材料(BN-,C-coating)を変えて調べた。高速荷重負荷実験は、振り子型衝撃曲げ試験機、及びSplit-Hopkinson棒による衝撃引張試験機を用いて、最大200 1/sひずみ速度下で行った。ひずみ速度及び繊維堆積含有率が増加するにしたがって、曲げ強度、引張強度ともに上昇する傾向を示した。破面観察結果から、繊維のPull-out長さは繊維堆積含有率及び繊維皮膜厚さとともに増加したが、ひずみ速度の増加とともに減少した。さらに、破断面に現れた繊維上に付着した皮膜痕は、高速負荷下では比較的少なく、低速負荷時に現れたような繊維の引き抜き効果が高速負荷時に期待できないことがわかった。

論文

Dynamic effect on fatigue strength of brittle materials

二川 正敏; 菊地 賢司; 田辺 裕治*; 武藤 康

J. Eur. Ceram. Soc., 17, p.1573 - 1578, 1997/00

 被引用回数:4 パーセンタイル:38.16(Materials Science, Ceramics)

熱化学水素製造プロセス(ISプロセス等)の腐食環境下で使用される構造材料としてセラミックスが期待されている。セラミックスは脆性材料であることから、特に動的荷重に対する強度特性を十分把握することが重要である。ここでは、そのような脆性材料である原子炉用黒鉛材と磁器材について、動的負荷荷重の疲労強度に与える影響を調べるために、衝撃荷重負荷を含む繰り返し疲労強度(最大10$$^{5}$$サイクル)及び負荷速度を変えた動的疲労強度試験(負荷時間範囲:10$$^{-3}$$S~10$$^{5}$$S)を実施した。その結果、黒鉛材の疲労特性には繰り返し数依存効果が支配的になること、磁器材では時間依存と繰り返し依存の重畳効果が認められること、さらに衝撃荷重が繰り返し負荷された場合では、高周波数成分の繰り返し疲労特性として理解できることが明らかとなった。

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