金属強化セラミックス複合材料の高温強度特性のマイクロメカニックスに関する研究

金属增强陶瓷复合材料高温强度性能微观力学研究

• 批准号: 06650086
• 负责人: 土田 栄一郎
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Saitama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• 财政年份: 1994
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1994 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-06650086/
• 关键词: 複合材料; セラミックス; 熱弾性; 弾性学; き裂; マイクロメカニックス; 介在物; 破壊力学

航空,宇宙機器の先端構造材料として,金属強化セラミックス(MFRC)が開発され,実用化されている.本研究ではMFRC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,まず中空偏平回転楕円体状介在物を有する無限体の問題を解いた.焦点間距離の半分c=1とし,中空介在物の厚さdを1/200とすると剛性率比の影響は殆ど無いがΓ_<12>=10のように介在物が極端に硬いとき非常に大きな応力集中が生じる.厚さを1/20とすると剛性率比の影響はは顕著であるが応力集中はd=1/200の約半分である.応力拡大係数はき裂が大きくなるにつれ急激に増加する.2.繊維強化複合材料を巨視的に異方性と考え,楕円介在物を有する直交異方性半無限板の問題を異方性弾性論により解析した.シュミットの直交化法によって求めた結果か満足しないので次年度に行う.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を有する半無限板の解析を行い,理論結果と良く合うことを確認した.3.MFRCの熱応力の問題として,表面層と楕円状介在物をもつ半無限板の介在物を一定温度で加熱した時(一定eigen歪)の熱応力問題を弾性論に基づいて厳密に解析し,応力分布に及ぼす,介在物の大きさ,形状比,横弾性係数比及び表面層の影響を求めた.表面層が硬い場合,介在物境界の応力分布は大きく影響を受ける.4.板厚の異なる(25mm,15mm,3mm)Ti-6Al-4V合金について破壊靱性試験を行い,AE法を用いて破壊開始位置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,AE法を用いれば板厚に関わらず破壊開始および進展挙動が測定可能であることが明らかとなった.

Advanced structural materials for aerospace and aerospace machinery are developed and applied in metal reinforced concrete (MFRC). In this study, the phenomenon of high temperature crack in MFRC was investigated. The following results were obtained: 1. The problem of infinite solid was solved by examining the existence of annular crack and tensile load in the solid medium. The distance between focal points c=1, the thickness d of the hollow medium is 1/200, and the stiffness ratio affects almost nothing<12>. Thickness 1/20 and stiffness ratio affect the force concentration d=1/200 and about half a minute. 2. The anisotropic properties of reinforced composite materials are studied and analyzed. The results of the orthogonal method are as follows: The analysis of semi-infinite plate by using boundary element method is carried out. The theoretical results are well combined. The thermal stress problem of MFRC is confirmed. The surface layer is heated at a certain temperature. The thermal stress problem of a certain eigen angle is discussed in terms of the fundamental density analysis, the stress distribution and the influence of the medium size, the shape ratio, the transverse coefficient ratio and the surface layer. 4. Different thickness of Ti-6Al-4V alloy (25mm,15mm,3mm) was used to determine the starting position of crack. The AE method was developed and compared with ASTM-E399. As a result,AE method is used to determine the thickness of the plate, the start of the plate and the progress of the plate.

项目成果

土田栄一郎: "球状介在物とらせん転位の干渉" 日本機械学会材料力学部門講演会 講演論文集. Vol.A.215-216 (1994)

Eiichiro Tsuchida：“球形夹杂物与螺旋位错之间的干涉”日本机械工程学会材料力学分部讲座论文集第 A.215-216 卷（1994 年）。

土田栄一郎: "半楕円状介在物を有する半無限板の1軸引張り" 日本機械学会材料力学部門講演 講演論文集. Vol.A. 44-45 (1994)

Eiichiro Tsuchida：“具有半椭圆夹杂物的半无限板的单轴张力”日本机械工程师学会材料力学分部讲座论文集第 44-45 卷（1994 年）。

Yoshio ARAI: "Evaluation of Fracture Mechanism of Ceramic-metal Joint by Ultrasonic Method" ICRS4 Proceedings of the Fourth International Conference on,Residual Stresses, Baltimore,Maryland. 122-131 (1994)

Yoshio ARAI：“超声法评估陶瓷-金属接头断裂机制”ICRS4 第四届残余应力国际会议论文集，马里兰州巴尔的摩。

Eiichiro TSUCHIDA: "Stresses in a Thick Plate Containing a Prolate Spheroidal Inhomogeneity Subjected to Axisymmetric Bending" Theoretical and Appl.Mech.Vol.42. 89-101 (1994)

Eiichiro TSUCIDA：“轴对称弯曲下含有长球体不均匀性的厚板中的应力”理论和应用机械学卷 42。

荒居善雄: "窒化ケイ素の応力腐食割れ進展の実測および評価" 日本機械学会第72期全国大会 講演論文集. Vol.1. 324-326 (1994)

Yoshio Arai：“氮化硅中应力腐蚀裂纹生长的测量和评估”第 72 届日本机械工程师学会全国会议论文集，第 1 卷 324-326（1994 年）。