セラミックス系長繊維強化型複合材料の動的破壊機構の解析

陶瓷长纤维增强复合材料动态断裂机理分析

• 批准号: 11750600
• 负责人: 芹澤 久
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11750600/
• 关键词: SiC; SiC複合材料; クリープ; 有限要素法; セラミックス; 界面要素; シャルピー衝撃試験

新たに開発した時間依存型界面要素を含んだ有限要素解析法を、SiC/SiC複合材料の動的破壊の一つであるクリープ変形による破壊現象に適応した。そして、実験で得られた初期クリープ変形、定常クリープおよび加速クリープ現象を、マクロ解析モデルを用いて再現することができた。しかしこれらのマクロ解析モデルでは、SiC/SiC複合材料を構成している繊維、マトリックスおよび界面の物理特性が不明瞭であった。そこで、複合材料中の繊維押込み試験、およびミニコンポジット(SiC繊維を一本だけ含んだ複合材料)の引張り試験結果について、界面要素を含んだ有限要素解析法のミクロ解析モデルを用いて解析を行った。これにより、繊維・マトリックス・界面のそれぞれの物理特性を明確にするとともに、三要素の相関を明らかにすることができた。さらに、ミクロ解析モデルとマクロ解析モデルとの相関を確立するため、新たに複合材料中の三次元的き裂進展現象を二次元的に再現可能な、擬似三次元界面要素を開発した。そしてSiC/SiC複合材料のき裂進展現象を、この擬似三次元界面要素含んだ有限要素解析法、およびマクロ解析モデルの両者を用いて解析し、両者の相関を確立することができた。つまり、SiC/SiC複合材料を構成する三要素の物理特性をもとに、SiC/SiC複合材料全体の動的破壊現象を解析可能なミクローマクロ解析モデルを構築することができた。一方、複合材料を含め様々な材料の動的破壊現象を調べる実験としてシャルピー衝撃試験がある。そこで、対象は鉄鋼材料ではあるが、シャルピー衝撃試験を行うとともに、界面要素を含んだ有限要素解析を用いて実験結果を再現することができた。また試験温度を変化させたシャルピー衝撃試験の解析結果より、き裂が進展するときに生成される新たな表面の表面エネルギーが、試験結果の主要因であることを明らかにした。

The new development of time-dependent interface elements, including finite element analysis method, SiC/SiC composites dynamic damage and damage phenomenon In addition, it is possible to obtain initial, steady, and acceleration phenomena, as well as analysis and reproduction. The composition of SiC/SiC composites is unknown, and the physical properties of the interface are unknown. The results of tensile tests on SiC composite materials include finite element analysis (FEA) and analysis of interface elements. The physical characteristics of the interface are clear, and the correlation between the three elements is clear The three-dimensional crack progression phenomenon in new composite materials is possible to reproduce in two dimensions, and the three-dimensional interface elements are developed. The crack development phenomenon of SiC/SiC composites is analyzed by finite element analysis method, and the correlation between crack development and crack development is established. The physical characteristics of SiC/SiC composites are analyzed. The dynamic fracture phenomenon of SiC/SiC composites is analyzed. A square, composite materials, including the dynamic damage phenomenon of the material to adjust the impact test For iron and steel materials, the impact test is carried out, and the interface elements are included in the finite element analysis. The main reason for the test results is that the test temperature changes and the impact test results change.

项目成果

H.Serizawa: "New Evaluation Method of Crack Growth in SiC/SiC Composites Using Interface Elements"Journal of Nuclear Materials. 283-287. 579-583 (2000)

H.Serizawa：“利用界面元素评估SiC/SiC复合材料中裂纹扩展的新方法”核材料杂志。

M.Ando: "New FEM Aralysis of Crock Growth Behavior in Composite Materials"Proceeding of 12th International Conference on Composite Materials. (CD-ROM出版). (1999)

M.Ando：“复合材料中裂纹生长行为的新 FEM 分析”第 12 届国际复合材料会议论文集（CD-ROM 出版）。

H.Serizawa: "Development of Computational Evaluation Methods for Creep Deformation of SiC/SiC Composites"Transactions of JWRI. Vol.28.No.2 (印刷中). (1999)

H.Serizawa：“SiC/SiC 复合材料蠕变变形的计算评估方法的开发”JWRI 交易，第 28 卷第 2 期（出版中）。

H.Serizawa: "New Creep Fracture Analysis of SiC/SiC Composites Using Interface Element"Proceedings of the 10th Iketani Conference on Materials Research toward the 21st Century. 389-390 (2000)

H.Serizawa：“使用界面元素进行 SiC/SiC 复合材料的新蠕变断裂分析”第 10 届池谷面向 21 世纪材料研究会议论文集。

H.Serizawa: "Computational analysis of creep fracture deformation in SiC/SiC composites"Journal of Nuclear Materials. 289[1-2]. 16-22 (2001)

H.Serizawa：“SiC/SiC复合材料蠕变断裂变形的计算分析”核材料杂志。