AE計測とSEM画像解析による木材の微視的破壊挙動の定量化

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AEの発生源における微視的破壊などの発生機構(破壊のモード、規模、速さ)を形態学的および理論的に明らかにし、木材の微視的な破壊現象解明の定量的手法としてのAE計測法および解析法を確立させることを目的とし、AE計測のモニタリング下で、ヒノキ材のSEM鏡筒内強度試験を実施し、亀裂の開始から初期の成長段階までの挙動の動的観察およびSEM画像解析により以下の結果を得た。1.縦引張試験では、亀裂が繊維直角方向に階段状に進展する初期段階と、繊維方向に沿った急速な進展段階の2つの段階に分けられ、その分離点はAEの発生頻度の急増点および荷重-変位曲線の比例限度と一致した。2.横引張試験では、亀裂の発生から最終破断に至るまで負荷方向にほぼ垂直に進展した。AEは、徐々に発生頻度が大きくなる傾向を示した。3.縦方向における両振りの疲労試験では、最終破断に至るまで繊維直角方向に階段状に亀裂が進展した。peak load AEやbottom load AEが明確に分離できた。bottom load AEは試験の初期段階で発生が頻発したが、bottom load AEの発生数が多いほど破壊までの繰返し数が少なくなる傾向を示した。4.SEM画像をイメージスキャナーで取り込み、細胞壁の変形破壊挙動とAEとの対応づけを行った結果、壁内破壊は小振幅AEに対応し、壁切断破壊は大振幅AEに対応する傾向がそれぞれ認められた。木材は粘弾性材料であり、その破壊機構は時間による依存性が極めて高い。従って、木材の疲労破壊機構を解明することは、構造材料としての木材の信頼性を高めるために必要不可欠である。今後、本手法により、木材の疲労破壊機構の解明を中心として研究を展開する必要がある。