非線形破壊力学を適用した節のモデル化および有節材の強度予測式の確立

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有節材の破壊過程を微視的に観察した結果、き裂が発生(破壊)する直前では、節周辺のひずみの大きさは線形の範囲を超える大きさとなることが前年度までの研究で明らかになった。この内容についての論文は現在、学会誌へ投稿中である。また既往の研究(Miyauchi et al.2007)において、木材の横引張応力-ひずみ曲線はひずみ軟化挙動という非線形性を示すことが報告されている。これら木材の非線形挙動を評価することが、有節材の破壊機構の解明および有節材の強度予測式の確立には不可欠であるため、その研究へ移行することとした。コンクリートなど非線形挙動を示す材料では、破壊が進行しており非線形性の著しい領域、Fracture Process Zone(以下FPZ)の影響を考慮することが提案されている。そこで損傷理論に基づいた木材のFPZの観察をおこなった。Bittnarら(1996)によると、損傷理論の非連続体モデルでは、局所ひずみが集中する小領域の大きさは材料固有の値となるとされる。木材の強度予測にはこれまで、小領域における平均応力(ひずみ)による破壊条件、または切り欠きを有する場合には応力拡大係数などが用いられてきた。この損傷理論を用いたFPZの大きさが明らかになることで、切り欠きのない場合でも応力拡大係数の適用が可能となり、有節材の破壊を統一的に扱うことが可能となる。半径方向(R方向)への引張試験の結果、FPZの大きさは加力方向(R方向)が約0.6mm、クラック進展方向(T方向)が約7mmであった。試験体の形状の影響により小さな引張強度が得られ、それによってクラック進展方向のFPZが大きく見積もられたと考えられる。文献値の引張強度を用いた場合、その大きさは約1.1mmであった。また、木材のFPZの大きさには早材幅や細胞の大きさなどが影響しているのではないかと考えられた。以上の内容について学会発表(7.研究発表(2).学会発表(1)、(2))をおこなった。現在、その内容について論文を執筆中である。