複合材料界面における動的破壊の制止効果の評価

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本研究は、(1)複合材や重要構造物中における高速脆性破断の防止、(2)エンジニアリングプラスチックにおける塗膜脆化の防止を目的として、その現象を模擬する実験を通じて異相界面で高速破壊が停止する条件を調べたものである。研究に用いられた材料は、アクリル樹脂板(2種類)とそのゴム粒子強化板(3種類)を重合接着により接合したもので、前者を脆性板、後者を延性板として扱った。ゴム強化板のK_<IC>値は未強化脆性板のそれに比べて約3,4,6(この比を以降γとする)であった。実験方法は次の通りである。(1)接合複合材の脆性板に片側き裂を入れ、引張り負荷により高速破壊を発生させた。(2)本研究室で開発された2像面同時高速度撮影法により、破壊速度V_fおよび動的破壊靱性K_<ID>を時間(き裂長さ)の関数として求め、き裂の界面停止挙動とこれらパラメータとの関係を定量的にしらべた。得られた結果は次のようになる。(1)γ≒3の場合、曲げ負荷時の比較的低い速度におけるき裂を例外として、すべてき裂は界面での停止せずに通過する。(2)γ≒4の場合、界面での停止には2種類のものが存在する。1つは永久停止、他の一つは200〜300μ秒ないしそれ以上の時間の一時停止である。(3)γ≒6の場合、1つの例外を除き、き裂は界面で停止した。ここで例外は界面近傍における延性材中の停止である。(4)脆性板中で界面から10mm離れた位置で評価されたK_<ID>とV_fの間には線形的関係が認められた。この関係は延性材の種類に依らない。(5)同一の延性材に対して、界面を通過する直前のき裂のK_<ID>のしきい値は脆性材の種類により大きく異なる。この結果はBroutmanらの提唱する仮説を否定するものである。これらの結果から、界面停止の条件はγ=4〜6であること、界面の停止条件としてBroutmanらの提唱する仮説とは異なるモデリングが必要なこと、が重要な結論として帰結される。