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多孔質セラミックスの疲労破壊機構のメゾメカニックス的研究

多孔陶瓷疲劳断裂机理细观研究

基本信息

批准号：
03J00894
负责人：
北泰樹
金额：
$ 1.73万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

多孔質セラミックスの疲労寿命予測法を確立することを目的として,本年度は多孔質炭化ケイ素セラミックス(KD-DST 10-20T,気孔率37%)の切欠き材を用いて,疲労き裂進展に及ぼす荷重モード,切欠き形状,応力比の影響について実験的に明らかにした.まず,V型切欠き材を用いて荷重モードの異なる3種類の4点曲げ疲労試験を行い,静疲労および繰返し疲労き裂進展曲線は,疲労き裂進展速度がき裂長さとともに減少する第I段階と停滞する第II段階,さらには増加に転じる第III段階とに分けられ,一方で,動疲労き裂進展曲線は第III段階のみであることを示した.また,半円孔切欠き材の繰返し疲労き裂進展曲線は,V型切欠き材同様,第I,第II,第III段階に分けられるが,第I段階では切欠き形状の影響を強く受けることを明らかにした.さらに,V型切欠き材を用いて2種類の応力比(R=0.1,0.5)で4点曲げ繰返し疲労試験を行い,応力比の高い方がき裂進展速度が低速度側に分布することを示した.すべての条件において,第Iおよび第II段階の終了時のき裂進展量は負荷応力レベルには依存せず,疲労破壊靭性値は,負荷応力レベル,切欠き形状,応力比によらず約0.55MPam^<1/2>であることを解明した.この特異な現象は,き裂面同士の摩擦やき裂先端に生じる微視き裂等によるき裂先端の遮蔽効果に起因し,この遮蔽効果量を,き裂進展開始時の伝ぱ速度と応力拡大係数の関係より定量化することに成功した.また,第I,第II,第III段階のそれぞれの段階まで疲労き裂を導入し,SEM内において4点曲げ負荷試験を行い,荷重とき裂開口変位のループ解析を行うことにより,き裂経路全体に一様に遮蔽効果が働いていることを明らかにした.さらに,荷重とき裂開口変位の関係を有限要素法解析より求め,解析から計算されるき裂開口変位の増分は,実測値よりも大きく,これらの差よりき裂進展に伴うき裂遮蔽量の変化を推察できることを明らかにした.

The fatigue life prediction method for porous materials has been established for this purpose. This year, the use of porous carbonized materials (KD-DST 10-20T, porosity 37%), fatigue crack progress and load, shear shape, and impact of force ratio have been investigated. In the V-type shear test, the static fatigue curve and the fatigue crack progression curve of the three types of different loads were used. The fatigue crack progression curve decreased from the first stage to the second stage, and increased from the third stage to the fourth stage. The curve of the half hole cutting material is similar to that of the V type cutting material, and the first, second and third stages are divided into two stages, and the first stage is strongly affected by the shape of the cutting material. In addition, the V-shaped cutting material is used in two kinds of force ratio (R= 0.1, 0.5), four points of curve return and fatigue test, the middle of the force ratio is high, the crack progress speed is low, and the distribution is shown. In this case, the crack progress at the end of the first and second stages depends on the load, the fatigue toughness value, the load, the shear shape, and the stress ratio of about 0.55 MPam ^<1/2>. This special phenomenon is caused by Weishi app, friction and crack tip, and the amount of shadow effect. The relationship between the velocity and the force coefficient at the beginning of crack progression is quantified successfully. The first, second and third stages of each stage are introduced into the SEM. The load test is carried out at 4 points. The load analysis is carried out at the opening of the crack. In this paper, the relationship between load and crack position is analyzed by finite element method, and the calculation of crack position is carried out.