脆性固体の破壊挙動に関する計算力学的研究

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本研究では、耐熱材・耐摩耗材として有望なファインセラミックス、海洋構造物の一素材として鉄鋼との複合構造化が期待されるコンクリ-ト、あるいは氷盤、コバルトクラストなどの脆性固体の破壊強度問題に対し、(1)連続体損傷力学および内部状態変数表示の構成方程式に基づく有限要素解析、および(2)ボロノイ分割メッシュによる多結晶体モデルの準微視的シミュレ-ション、を柱とした計算力学的アプロ-チを確立し、脆性固体・破壊挙動解明の一助とすることを目的として、以下の研究を実施した。すなわち、(1)脆性体・材料挙動の微視的考察に基づき、連続体損傷力学の手法を用いて、セラミック材料に対する内部状態変数表示の構成関係(応力・ひずみ関係)のモデル化を行なった。(2)誘導した構成方程式を、増分理論に基づく有限要素解析に導入し、セラミックスの破壊問題(亀裂問題)に対する系統的な数値計算を行ない、高靱性化問題に関するいくつかの知見を得た。(3)連続体力学レベルの有限要素解析では解明の因難な微視的破壊挙動に対し、ボロノイ分割メッシュを用いた剛体・ばねモデルによる結晶粒レベルのシミュレ-ションを行なった。2次元計算により、比例応力下におけるマイクロクラックの進展・飽和過程を解明し、3次元計算により、マイクロクラック密度と弾性係数の関係を把握した。購入したカラ-プリンタは、シミュレ-ション結果のポスト処理に有効に活用された。