透光性結晶における光弾性像解析によるクラック-クラック相互作用の可視化

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近年,セラミックスの脆性的性質克服の一つの極めて有効な手法として“Micro Crack Toughening"と呼ばれる機構が注目されている.これは,マイクロクラックの存在が破壊に直接結びつく巨視的クラックの生成・進展を抑止するというもであるが,しかし,その原因については,マイクロクラック合体時の剪断破壊の重用性などが指摘されてはいるものの,依然として,その強靱化機構に関して,実験的検証を伴った明確なモデルは提示されるに至っていない.このようななかで,その機構を疑義なく明確化・検証するためには,クラック‐クラック間の相互作用に対応した応力状態変化を可視化し,さらにその像解析を成功させることが鍵となる.本研究ではまず,体積方法(BFM)を用いて複数のクラックの存在する場合の応力拡大係数を計算機により求め,クラック間の相互作用について数値的に明らかにした.またその一方,{100}面や{110}面に劈開面を有し、亀裂生成面の簡潔で透光性結晶であるNaCl単結晶をモデル結晶として用い,これに複数のクラックを導入して,載荷状態における光弾性像その場観察を行い,クラック‐クラック相互作用を可視化するとともに,クラック進展が生じた場合には,そのときの臨界の応力拡大係数を求め,クラック‐クラック相互作用の靱性値への寄与も明確化することを試みた.得られた結果を要約すれば以下のとおりである.(1)相向かい合う反対方向に進展するクラックのモード1応力拡大係数は,単独に存在するクラックに比較し,低くなることがBFMにより確認された。(2)段違いで反対方向に進展するクラックの場合,モード2成分の発生が特徴的である。とくに,その成分の絶対値はクラック先端の位置が互いに45度程度のとき最大となることもBFM明かとなった.(3)実際のNaCl結晶を用いた破壊靱性試験によって(1)のBFMの結果に対応し,2つのクラックの存在する試片のKic値は大きくなった.(4)光弾性観察の結果,(2)の計算結果のなかのモード2成分に対応すると考えられる像変化が見られた.