摩擦性材料から粘着性材料まで適用可能な構成式に関する研究

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粒状体のような摩擦性材料から金属のようなボンドの強固な粘着性材料まで、広範囲の工学材料を対象として、統一的な破壊規準および構成式を構築した。すでに提案している空間滑動面(SMP)に基づいた摩擦性材料のための破壊規準と構成式を、粘着成分を有する材料に対しても拡張するため、3次元応力下の3個のモールの応力円に垂直応力軸上の負の1点(この絶対値をボンド応力σ_0と名付ける。σ_0=c・cotφ(c:粘着力、φ:内部摩擦角))から接する3本の直線を想定した。このとき得られる粘着成分のある場合の空間滑動面を拡張された空間滑動面(Extended SMP)と名付ける。この拡張SMPの方向余弦が、σ_0=0の場合には粒状材料に対して成功している従来のSMPの方向余弦に一致し、σ_0→∞の場合には金属材料に対して成功している正八面体面(0ct面)の方向余弦に一致することに着目して、粒状体から金属まで適用可能な破壊規準と構成式をボンド応力σ_0をパラメーターとして定式化することを試みた。なお、粘着成分を有する摩擦性材料の代表的な試料として、ここでは主に貧配合のセメント混合砂および不飽和粘土を用いた。研究成果の要点:1)ボンド応力σ_0なるパラメーターを導入することによって、空間滑動面(SMP)に基づいた摩擦性材料のための破壊規準(松岡・中井規準)と構成式(σ_0=0の場合)と正八面体面(0ct面)に基づいた粘着性材料のための破壊規準(ミーゼス規準)と構成式(σ_0→∞の場合)を両端として包含する摩擦・粘着性材料のための破壊規準と構成式(σ_0を含む)を提案した。2)摩撮・粘着性材料の代表的な試料として、セメント混合砂や不飽和土を選んで、現有の三軸試験機を用いて三軸圧縮試験(σ_1>σ_2=σ_3)と三軸伸張試験(σ_1=σ_2>σ_3)を行った。また、不飽和土のための剛板載荷型三主応力制御試験機(σ_1≧σ_2≧σ_3)を試作し、平均主応力一定の三主応力制御試験を行った。これらの実験データに基づいて、上記の破壊規準と構成式を検討した。