拘束効果を考慮した表面き裂の破壊条件に関する研究

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1 アルミニウム合金による破壊試験結果初期き裂長さを3通りに変化させた三点曲げ試験片を用いて破壊靱性試験を行った。その結果、見かけの破壊靱性値は初期き裂長さに大きく影響を受けること、すなわち拘束効果の存在が実験的に確認できた。ついで破面観察を行い、ディンプル径を計測し、破壊時のボイド率を求めると、この値はき裂長さに拘わらず一定となっていることが確かめられた。すなわちミクロなレベルでの破壊条件には拘束効果の影響はないことがわかった。ついで、有限要素法によりボイド材の破壊解析を実施した。き裂先端の応力場をHRR解と比較し、き裂長さが短くなるほど応力場がHRR解から離れて行くことが示された。これは拘束効果の影響であり、その影響の強さを表わすにはQファクタが適切なパラメータとなり得ることが示された。またボイドの成長にはこのQファクタが密接に関連しており、ディンプル破壊が拘束効果に大きな影響を受けることが確かめられた。2 表面き裂材の破壊試験表面き裂の形状を変えた試験片を6種類作成し、安定き裂進展試験を行った。き裂形状によりき裂縁に沿ったき裂進展両派変化することがわかった。これらの分布はJ積分の分布とほぼ一致する。しかし、三次元有限要素法による弾塑性解析を行うと、き裂先端応力場はき裂底であっても必ずしもHRR解と一致しないことが示された。そこで抵抗曲線を調べると、CT試験片のそれとは異なることが明らかとなった。すなわち多くの表面き裂材では、破壊条件としてJ積分が単一のパラメータとはなり得ないことが確かめられた。またQファクタはここでも有益なパラメータとなりうることが示された。