高速き裂分岐現象の基礎実験と数値シミュレーション

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はじめに、本研究室現有の超高速度カメラとアルゴンレーザーを光源とするレーザーコースティックス法を用いて、高速き裂分岐現象に関する基礎実験を行なった。透明脆性材料中の高速分岐き裂先端のコースティック像や分岐経路履歴などの詳細なデータを計測した。用いた材料はPMMA、アラルダイトBおよびホ-マライト100である。実験結果により、分岐するき裂速度とせん断波速度の比(β_b)はアラルダイトで0.35、ホ-マライトで0.45、PMMAで0.5付近以上よりき裂分岐が生じることが分かった。また、脆性破壊面の粗さはき裂速度とともに増加し、き裂分裂が生じている付近ではハックル状態になる場合が多く、マイクロクラクックが観察された。また、理論的研究では、複数に分岐したき裂先端の動的J積分や応力拡大係数を経路独立積分で評価するため、Nishioka-Atluriにより導出された動的J積分や動的L積分、動的M積分を利用する手法を開発した。また、シミュレーションによる研究では、はじめに、上記の経路独立積分による複数分岐き裂先端の破壊パラメータ評価を数値解析に適用することによりその有効性を示したさらに、高速き裂分岐実験を再現する生成形シミュレーション手法を確率するため、要素自動制御法や要素自動分割法などを利用する移動有限要素法を開発した。これにより、実験で取得されたデータをもとに、高速分岐時の動的J積分などを評価した。