金属マトリックス複合材料の高温破壊強度のマイクロメカニックスに関する研究

航空,宇宙機器の先端構造材料として,繊維強化金属FRM(あるいは金属系複合材料MMC)が開発され,実用化されている.本研究ではMMCの高温における破壊現象を明らかにするために,理論解析と実験により介在物のマイクロメカニックスに関する研究を行い,以下の結果を得た.1.無限弾性体に楕円体状介在物と円環状き裂が存在し,引張荷重を受ける場合を考え,まず2相偏平回転楕円体を解いた.コーティングした介在物はMMCにおいて高温における強度を高めるために使用されている.焦点間距離の半分c=1とし,コーティングの厚さdを1/100とするとコーティングの効果は殆ど無いが厚さを1/20とするとコーティングした効果は顕著にあらわれる.コーティング相を円環き裂にすれば目的の結果が得られるが見通しをつけたことで次年度に行う.2.無限体に2つの楕円体介在物と円環状き裂が存在し引張荷重を受ける場合の干渉問題を解析し,応力集中,応力拡大係数を求めた.円環き裂に及ぼす介在物の影響は大きい.変位分布の収束が悪い.3.MMCの熱応力の問題として,偏長回転楕円体状介在物をもつ厚板の表面の一定領域に熱負荷を受ける定常熱応力問題を熱弾性理論に基づいて厳密に解析し,応力分布,変位分布に及ぼす加熱領域の大きさ,介在物の大きさ,形状比,横弾性係数比の影響を求めた。偏長回転楕円体状空か,球状介在物,球かの熱応力問題も解析した.さらに,アイソパラメトリック2次要素を用いた境界要素法により楕円介在物の解析を行い,理論と良く合うことを確認した.4.板厚の異なる(25mm,15mm,3mm)Ti-6A1-4V合金について破壊靭性試験を行い,超音波法を用いて板厚中央部の破壊開始荷重を測定する方法を開発し,従来手法(ASTM-E399)と比較検討した.その結果,超音波法を用いれば板厚に関わらず板厚中央部の破壊開始荷重を測定可能であることが明らかとなった.

航空,宇宙機器の先端構造材料として,繊維強化金属FRM(あるいは金属系複合材料MMC)が開発され,実用化されている.本研究ではMMCの高温における破壊現象を明らかにするために,理論解析と実験により介在物のマイクロメカニックスに関する研究を行い,以下の結果を得た.1.無限弾性体に楕円体状介在物と円環状き裂が存在し,引張荷重を受ける場合を考え,まず2相偏平回転楕円体を解いた.コーティングした介在物はMMCにおいて高温における強度を高めるために使用されている.焦点間距離の半分c=1とし,コーティングの厚さdを1/100とするとコーティングの効果は殆ど無いが厚さを1/20とするとコーティングした効果は顕著にあらわれる.コーティング相を円環き裂にすれば目的の結果が得られるが見通しをつけたことで次年度に行う.2.無限体に2つの楕円体介在物と円環状き裂が存在し引張荷重を受ける場合の干渉問題を解析し,応力集中,応力拡大係数を求めた.円環き裂に及ぼす介在物の影響は大きい.変位分布の収束が悪い.3.MMCの熱応力の問題として,偏長回転楕円体状介在物をもつ厚板の表面の一定領域に熱負荷を受ける定常熱応力問題を熱弾性理論に基づいて厳密に解析し,応力分布,変位分布に及ぼす加熱領域の大きさ,介在物の大きさ,形状比,横弾性係数比の影響を求めた。偏長回転楕円体状空か,球状介在物,球かの熱応力問題も解析した.さらに,アイソパラメトリック2次要素を用いた境界要素法により楕円介在物の解析を行い,理論と良く合うことを確認した.4.板厚の異なる(25mm,15mm,3mm)Ti-6A1-4V合金について破壊靭性試験を行い,超音波法を用いて板厚中央部の破壊開始荷重を測定する方法を開発し,従来手法(ASTM-E399)と比較検討した.その結果,超音波法を用いれば板厚に関わらず板厚中央部の破壊開始荷重を測定可能であることが明らかとなった.