複合材の破壊じん性に及ぼすき裂伝播経路の影響

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複合材料の強度を支配する界面のじん性に関係して以下の2項目の研究を行った。1.2相材界面におけるき裂先端の応力の特異性に関する研究き裂先端が2相材界面に位置する場合の応力の特異性についてはTheocarisらによる複素ポテンシャルを用いた一般表現があるが、必ずしも適当な形に整理されていないことが石川らにより指摘されている。本研究では、複素ポテンシャルの一般表現から出発し、固有値解析を行い応力の特異解を含む固有値および対応する固有応力分布を定めた。この結果によると、2相材の弾性定数の組み合せによって特異解の性質がごく自然にいくつかのタイプに分類整理できることがわかった。本複素ポテンシャルを用いれば、き裂が2相材界面に交差する一般の場合の応力の特異性をごく自然に解析に取り入れることが可能になる。2.2相材中のき裂伝播形態に関する実験的研究アクリル樹脂とアルミニウム合金を接合した2相材の試験片を作成し、2相材表面の人工切欠きから発生したき裂が界面へ伝播する際のき裂伝播挙動を調べた。初期き裂は脆性的挙動を示すアクリル材に設け、偏心4点曲げ負荷によって初期き裂先端の混合モード比を各種変化させ破壊試験を行った。実験結果によると、アクリル伝播中のき裂の伝播経路はせん断型応力拡大係数が大きいほど初期き裂からの折れ曲がり角が大きくなるが、必ずしも局所対称性規準を厳密に満足するわけではないことが確認された。また、試験片間の破壊靭性値のばらつきも大きいと推測された。破壊の様式には(1)き裂が伝播を開始するまではほぼ弾性的挙動をし、き裂が界面に交差すると界面に剥離が発生し相間破壊が生ずる場合、(2)き裂伝播開始以前から徐々に相間剥離が起こる場合等負荷条件との関係でいくつかに分類できることが解った。