織物SiC繊維/SiC複合材料のX線CT観察に基づくき裂進展シミュレーション

本研究では、高温酸化雰囲気中における定荷重と繰返し荷重が重畳した複合引張り荷重下での織物SiC繊維強化SiC（SiC-f/SiC）複合材料の損傷・破壊メカニズムの解明を目的として、き裂進展挙動を実験的に検証するとともに、得られた実験事実に基づいてき裂進展挙動を記述するための破壊力学モデルを構築する。更に、有限要素法を用いたき裂進展解析にも取り組むことで、織物SiC-f/SiC複合材料の寿命予測手法を確立する。本年度は、試験片片側に切欠きを導入したノッチ材試験片を対象に、温度1100 ℃、大気中における織物SiC-f/SiC複合材料の疲労試験を実施した。疲労試験中の任意のサイクル数にて試験を中断し、デジタル顕微鏡ならびに荷重負荷機能付X線CT装置を使用して、ノッチ先端からのき裂進展挙動を観察した。き裂の観察感度を向上するため、X線CT撮影中に一定の引張り応力を負荷した。その結果、繰返し数の増加に伴いノッチ先端からき裂が発生・進展する様子をX線CT装置を用いることで撮影することができた。疲労試験の各途中停止サイクル数とその間のき裂進展長さよりき裂進展速度を計算したところ、き裂長さの増加に伴いき裂進展速度が低下する傾向が認められた。この要因として繊維架橋による応力遮へい効果の影響が推察された。また、取得したX線CT撮影画像には不確かさがあるものの、試験片内部には繊維架橋域が存在する可能性が示唆された。以上の研究成果を、１件の国内学会で発表した。

本研究では、高温酸化雰囲気中における定荷重と繰返し荷重が重畳した複合引張り荷重下での織物SiC繊維強化SiC（SiC-f/SiC）複合材料の損傷・破壊メカニズムの解明を目的として、き裂進展挙動を実験的に検証するとともに、得られた実験事実に基づいてき裂進展挙動を記述するための破壊力学モデルを構築する。更に、有限要素法を用いたき裂進展解析にも取り組むことで、織物SiC-f/SiC複合材料の寿命予測手法を確立する。本年度は、試験片片側に切欠きを導入したノッチ材試験片を対象に、温度1100 ℃、大気中における織物SiC-f/SiC複合材料の疲労試験を実施した。疲労試験中の任意のサイクル数にて試験を中断し、デジタル顕微鏡ならびに荷重負荷機能付X線CT装置を使用して、ノッチ先端からのき裂進展挙動を観察した。き裂の観察感度を向上するため、X線CT撮影中に一定の引張り応力を負荷した。その結果、繰返し数の増加に伴いノッチ先端からき裂が発生・進展する様子をX線CT装置を用いることで撮影することができた。疲労試験の各途中停止サイクル数とその間のき裂進展長さよりき裂進展速度を計算したところ、き裂長さの増加に伴いき裂進展速度が低下する傾向が認められた。この要因として繊維架橋による応力遮へい効果の影響が推察された。また、取得したX線CT撮影画像には不確かさがあるものの、試験片内部には繊維架橋域が存在する可能性が示唆された。以上の研究成果を、１件の国内学会で発表した。