先進セラミックスの実働荷重における疲労損傷加速現像のナノメカニズム的研究

实际载荷下先进陶瓷疲劳损伤加速发展的纳米力学研究

• 批准号: 10875024
• 负责人: 菅田 淳
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10875024/
• 关键词: 疲労強度; 疲労き裂進展; セラミックス; き裂開閉口挙動; 微小き裂; 実働荷重; 有效応力拡大係数; き裂発生; 有効応力拡大係数; 微少き裂

セラミックス材料である窒化ケイ素を用いて,変動荷重下における疲労き裂進展試験を行い,徐荷弾性コンプライアンス法によって巨視的なき裂進展速度とき裂開閉口挙動を調べた.特に最大荷重値をそろえて過大荷重比も固定し,頻度比のみを変化させた試験を行うことで,き裂進展に及ぼす頻度比の影響について検討した.その結果,変動荷重下のき裂進展速度は一定振幅荷重下に比較して加速すること,加速の程度は頻度比が小さいほど顕著であることを明らかにした.これは過大荷重負荷によってインターロッキングの破砕が促進され,開口点が上昇するために加速が生じると考えられる.また頻度比が小さいほど,1ブロック中の開口点が低くなるために加速は顕著となる.さらに,CT試験片に荷重を負荷したままき裂先端近傍を電子顕微鏡(SEM)により観察することが可能なジグにより,疲労き裂進展経路の詳細観察とき裂開口変位(COD)の計測を行った.その結果,一定振幅荷重下だけでなく変動荷重下においても疲労き裂は結晶粒界を進展するため,結晶粒がき裂上下面を橋渡しするいわゆるインターロッキングを確認することが出来た.また,インターロッキング部のかみ合部分の前後において,CODの変化が認められ,インターロッキングがき裂開口荷重を分担するためにき裂先端における真の応力拡大係数(K_<tip>)を減少させていることが判明した.また,き裂進展経路の微視的SEM観察から得られるき裂進展速度は,除荷弾性コンプライアンス法から求められる巨視的き裂進展速度と必ずしも一致せず,き裂進展機構解明のためには,本研究のような微視的な経路観察が有効であることを示した.一方,過大荷重負荷後のCODは減少しており,過大荷重がインターロッキングの摩耗,破砕を促進し,き裂進展速度を加速させることが判明した.

使用硅质硅（一种陶瓷材料），我们在可变载荷下进行了疲劳裂纹生长测试，并使用缓慢的载荷弹性合规方法检查了宏观裂纹的生长速度以及裂纹开口和闭合行为。特别是，我们进行了一项测试，其中最大负载值对齐并固定了过载比，并且仅更改了频率比，并且检查了频率比的效果。结果，与恒定振幅载荷相比，可变载荷下的裂纹生长速度加速了，加速度是频率。据表明，程度比率越小。这被认为是过载载荷促进了互锁的压碎，而开场点会增加，从而导致加速。此外，频率比越小，一个块中的开口点较低，因此加速度变得更加明显。此外，在将载荷施加到CT样品上时，可以通过电子显微镜（SEM）观察到裂纹尖端的夹具，并在观察到疲劳裂纹生长路径时实现裂纹开口。进行位置（COD）的测量。结果，疲劳裂纹不仅在恒定振幅载荷下，而且在可变载荷下进展，我们能够确认所谓的互锁，其中谷物在裂缝的上和下表面桥接了裂缝的上和下表面。此外，在互锁部分之前和之后观察到COD的变化，为了共享裂纹打开载荷，裂纹尖端处的真实应力强度因子（K_ <tip>）减少了。此外，从显微镜SEM观察裂纹生长路径获得的裂纹生长速率不一定与卸载弹性合规方法所需的宏观裂纹生长速率相吻合，并且表明，如本研究中的显微镜途径观察，例如在这项研究中有效地阐明了裂纹生长机制。同时，过载后的COD降低了，发现超载会促进互锁的磨损和断裂，并加速裂纹生长速度。

项目成果

菅田淳: "窒化けい素の一定および変動荷重下における疲労き裂進展挙動の微視的観察"日本材料学会 第49期学術講演会. 145-146 (2000)

Jun Suda：“恒定和可变载荷下氮化硅疲劳裂纹扩展行为的显微观察”，日本材料学会第49届学术会议145-146（2000）。

菅田淳: "窒化けい素の疲労き裂進展挙動の微視的観察"日本機械学会 関西支部第75期定時総会. 9-25-9-26 (2000)

Jun Suda：“氮化硅中疲劳裂纹扩展行为的显微观察”日本机械工程学会关西分会第75届年会9-25-9-26（2000年）。

菅田 淳: "窒化けい素の疲労き裂進展挙動の微視的観察"日本機械学会 関西支部第75期定時総会. (2000)

Jun Suda：“氮化硅中疲劳裂纹扩展行为的显微观察”日本机械工程学会关西分会第75届年会（2000年）。

菅田 淳: "Si_nN_n-BN複合焼結セラミックスの繰返し疲労き裂進展挙動" 日本機械学会第76期全国大会講演会. 93-94 (1998)

Jun Suda：“Si_nN_n-BN复合烧结陶瓷的重复疲劳裂纹扩展行为”第76届日本机械工程学会全国会议93-94（1998）。

菅田 淳: "Si_nN_n-BN複合焼結セラミックスの疲労き裂進展挙動に及ぼす荷重変動の影響" 日本材料学会第24回疲労シンポジウム. 250-253 (1998)

Jun Suda：“载荷波动对Si_nN_n-BN复合烧结陶瓷疲劳裂纹扩展行为的影响”，日本材料学会第24届疲劳研讨会250-253（1998）。