ウィスカ強化アルミニウム合金の破壊強度評価

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1.ウィスカ配向方向を引張り方向に対して0°、45°、90°と3通りに変えた試験片を作成し、引張り試験を行った。破断するまで試験した後、破断ひずみと破断応力を測定した。また破面を走査型電子顕微鏡にて観察し、ウィスカ繊維と母材との破壊の様相を観察した。その結果、ウィスカ繊維端部では母材がディンプル破壊を起こしていること、ウィスカ繊維の中央部ではウィスカと母材との剥離により界面破壊が余り大きな塑性変形を伴わずに生じていること、の2点が確認された。これにより、ウィスカ強化アルミニウム合金の破壊は、ディンプル破壊と界面剥離の二つの破壊条件がともに支配因子であることが明らかとなった。したがって、破壊シミュレ-ションには両者の条件を用いる必要がある。走査型電子顕微鏡写真より破壊時のディンプル径を測定し、母材単独の場合よりディンプル計は著しく小さくなっている個と、すなわち母材が脆化していることが分かった。またこの結果より、破壊時のボイド率を実験的に決定することができた。2.有限要素法(FEM)により同じ試験片の破壊解析を行った。実験的に得られた臨界ボイド率を用いてボイドの発生、成長、合体のシミュレ-ションを行った。0°試験片ではこれにより応力ーひずみ関係を良く表現できた。しかし90°試験片においては、繊維と母材との剥離が無視できないことが明らかとなり、剥離条件も破壊条件として使用した。剥離条件として臨界応力値を考慮して、実験と良く対応する応力ーひずみ関係を得ることができた。これよりGursonの提案による構成方程式はこの材料の破壊解析に適していることを確認できた。