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石原 正博; 塙 悟史; 曽我部 敏明; 橘 幸男; 伊与久 達夫
Materials Science Research International, 10(1), p.65 - 70, 2004/04
2D-C/Cコンポジットの曲げ強度予測法について、実験及び解析的に検討を行った。実験的な検討では、3点曲げ強度を実測し、また破壊後の試験片のSEM観察から基本的な破壊様式を検討した。破面観察の結果、引張応力下での繊維の延びによる破壊様式、圧縮応力下での繊維の座屈による破壊様式及びせん断応力下での繊維間のスライディングによる破壊様式が観察された。解析的な検討では、セラミックス材で広く用いられているワイブル強度理論からの強度予測を検討するとともに、基本的な破壊モードを考慮し競合リスクモデルを用いた強度予測法を提案し、これによる強度予測を検討した。検討の結果、ワイブル強度理論からの予測は、実測値の2倍以上の強度予測結果となり、異方性の高い繊維強化材料には応用できないことがわかった。一方、提案方法では、実測値とほぼ一致する強度予測を示すことが明らかとなった。さらに、提案方法でパラメータ解析を実施したところ、圧縮応力下での破壊様式が曲げ破壊を支配していることが明らかとなった。
高橋 常夫*; 石原 正博; 馬場 信一; 荒井 長利; 林 君夫; 小西 隆志*
JAERI-Research 2001-005, 62 Pages, 2001/03
JAERI-Research-2001-005.pdf:6.8MB
微粒等方性黒鉛(平均粒径20
m)を基準試料とし粗粒含有率(平均粒径125m)の異なる黒鉛材料を用いて曲げ強度試験及び破壊靱性試験を行い、粗粒含有率が強度及び靱性に与える影響を検討した。また、微細組織に基づく強度分布予測手法の曲げ試験結果への適用性を検討した。曲げ強度は、粗粒含有率0%と比較して含有率40%では平均曲げ強度の増加と強度のばらつきの減少が認められた。画像解析からもとめた気孔径分布の統計結果との関係においては、粗粒含有率の増加に伴う平均気孔間距離の増加及び大径気孔部分における気孔径分散と強度分散との正の相関関係が認められた。破壊靱性値に関しては、応力ひずみ線図の非線形応答開始点と最大荷重点における破壊靱性値の検討を行った。き裂進展開始荷重に基づく破壊靱性値は、粗粒黒鉛を含有することにより増加するものの含有率(20%,40%)による違いは認められず、低い含有率で破壊靱性値が飽和する傾向を示した。一方、最大荷重に基づく破壊靱性値は、粗粒黒鉛の含有率が増すにつれて増加し、含有率による違いが認められた。さらに、単軸応力状態下で提案されている気孔径分布を考慮した確率論的強度分布予測モデルを曲げ強度試験結果に適用し、実験結果をおおむね一致する結果を得た。
石原 正博; 高橋 常夫*; 塙 悟史
Proceedings of Asian Pacific Conference on Fracture and Strength '01(APCFS '01) and International Conference on Advanced Technology in Experimental Mechanics '01 (ATEM '01), p.152 - 156, 2001/00
黒鉛材料の微細組織構造と引張強度との関連性について、微細構造を考慮したBurchellの提案する確率論的な破壊モデルにより検討した。検討の結果、(1)微細構造として破壊を支配する因子として気孔サイズ及び粒径を考慮した本モデルは、気孔サイズとして実測した対数正規分布を考慮すると平均強度のみならず強度分布も良く一致実測データと一致すること,(2)強度分布はワイブル分布に良く合うこと,(3)気孔サイズを一定として粒径を小さくすると強度が上昇するが気孔サイズが粒径サイズに比べて相対的に大きくなるため強度のばらつきが大きくなること,(4)粒径が一定として気孔サイズのばらつきを大きくすると強度が低下するとともに強度のばらつきも大きくなることを明らかにした。
荒井 長利
日本原子力学会誌, 39(5), p.10 - 13, 1997/00
原子力用計算科学クロスオーバー研究として、「原子力用構造物の巨視的/微視的損傷の計算力学的解析法の開発とその応用」をテーマとする研究を動燃、金材研、理研と共同して平成6年度より実施している。本発表では原研が担当する標記サブテーマについての研究基本計画とこれまでの進捗結果の概要を紹介する。本研究では、多結晶実用材料の損傷プロセスを微細組織(結晶粒子と細孔の集合組織)の変化(微視き裂の成長)として考慮する数理記述モデルに立脚する。そこで、微視的破壊力学モデルを開発し、更に、それらを実構造物の破損現象の連続体力学解析に融合させるオブジェクト指向ネットワーク計算システムとして編成することを狙っている。具体的には、実構造物の微視的/巨視的損傷評価計算スキーム、実用黒鉛や炭化ケイ素の微細組織画像解析、微視破壊力学モデルによる多結晶黒鉛の構成関係式と破壊強度統計予測について記した。
荒井 長利
原子力工業, 42(6), p.24 - 27, 1996/00
原子力用計算科学における基盤技術総合研究(クロスオーバー研究)として、「原子力用構造物の巨視的/微視的損傷の計算力学的解析法の開発とその応用」をテーマとする研究を動燃、金材研、理研と共同して平成6年度より開始した。本発表では原研が担当する標記サブテーマについての研究基本計画とこれまでの進捗結果の概要を紹介する。本研究は、多孔質多結晶材料の損傷メカニズムが微細組織(結晶粒子と細孔の複合体)の変化(微視き裂の成長)として理解することを基本として、その物理的モデルを開発し、さらに、それらを実構造物の破損現象の解析評価に融合させるオブジェクト指向ネットワーク計算システムとして組上げることを狙っている。内容的には、実構造物の微視的/巨視的損傷評価計算スキームと破壊プロセスの微視破壊力学モデルの検討状況を記した。後者については黒鉛の引張り破壊確率計算モデル、低サイクル疲労破壊モデルについて述べると共に、材料表面の画像解析による細孔寸法の統計分布を例示した。
