織物SiC繊維/SiC複合材料のX線CT観察に基づくき裂進展シミュレーション

基于X射线CT观察的编织SiC纤维/SiC复合材料裂纹扩展模拟

• 批准号: 21J10019
• 负责人: 五十嵐 喜寅
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Tokyo University of Agriculture and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J10019/
• 关键词: SiC-f/SiC; 酸化; 疲労; き裂進展

本研究では、高温酸化雰囲気中における定荷重と繰返し荷重が重畳した複合引張り荷重下での織物SiC繊維強化SiC（SiC-f/SiC）複合材料の損傷・破壊メカニズムの解明を目的として、き裂進展挙動を実験的に検証するとともに、得られた実験事実に基づいてき裂進展挙動を記述するための破壊力学モデルを構築する。更に、有限要素法を用いたき裂進展解析にも取り組むことで、織物SiC-f/SiC複合材料の寿命予測手法を確立する。本年度は、試験片片側に切欠きを導入したノッチ材試験片を対象に、温度1100 ℃、大気中における織物SiC-f/SiC複合材料の疲労試験を実施した。疲労試験中の任意のサイクル数にて試験を中断し、デジタル顕微鏡ならびに荷重負荷機能付X線CT装置を使用して、ノッチ先端からのき裂進展挙動を観察した。き裂の観察感度を向上するため、X線CT撮影中に一定の引張り応力を負荷した。その結果、繰返し数の増加に伴いノッチ先端からき裂が発生・進展する様子をX線CT装置を用いることで撮影することができた。疲労試験の各途中停止サイクル数とその間のき裂進展長さよりき裂進展速度を計算したところ、き裂長さの増加に伴いき裂進展速度が低下する傾向が認められた。この要因として繊維架橋による応力遮へい効果の影響が推察された。また、取得したX線CT撮影画像には不確かさがあるものの、試験片内部には繊維架橋域が存在する可能性が示唆された。以上の研究成果を、１件の国内学会で発表した。

在这项研究中，我们将实验研究在复合抗材料载荷下编织的SIC纤维增强SIC（SIC-F/SIC）复合材料的裂纹生长机制，其中恒定和环状负载叠加在高温氧化大气中，并将构建基于Fristure Mechanics模型的高温氧化大气层，以构建基于裂纹生长实验的实验。此外，通过使用有限元方法进行裂纹生长分析，我们将建立一种预测编织SIC-F/SIC复合材料寿命的方法。今年，在1100°C的大气处对机构SIC-F/SIC复合材料进行了疲劳测试，靶向标本一侧引入的凹口标本。在疲劳测试期间，该测试在任意数量的周期中被中断，并使用数字显微镜和负载负载的X射线CT设备观察到凹口的裂纹生长行为。为了提高对裂纹观察的敏感性，在X射线CT成像过程中施加了恒定的拉伸应力。结果，随着使用X射线CT系统增加重复数量，可以拍摄裂缝从缺口尖端的发生和进展。当根据每次疲劳测试中停止的循环数量以及它们之间的裂纹生长长度计算裂纹生长速率时，随着裂纹长度的增加而降低的趋势。据估计，由于纤维交联引起的应力屏蔽效应的作用。此外，尽管获得的X射线CT图像存在不确定性，但建议样品内部可能有一个纤维交联区。上述研究结果在一次国内会议上提出。

项目成果

切欠きを有する三次元織物SiC繊維/SiC複合材料の高温大気中における疲労き裂進展挙動

带缺口三维编织SiC纤维/SiC复合材料高温气氛下疲劳裂纹扩展行为

• 发表时间: 2021
• 作者: 齊藤天晴;日高洋;米田成一;五十嵐喜寅，小笠原俊夫，青木卓哉
• 通讯作者: 五十嵐喜寅，小笠原俊夫，青木卓哉

Direct comparison between monofilament and multifilament tow testing for evaluating the tensile strength distribution of SiC fibers

• DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2021.12.051
• 发表时间: 2022-02-02
• 期刊: JOURNAL OF THE EUROPEAN CERAMIC SOCIETY
• 影响因子: 5.7
• 作者: Ikarashi, Yoshito;Ogasawara, Toshio;Lamon, Jacques
• 通讯作者: Lamon, Jacques

SiC繊維の繊維束引張り試験から推定されるワイブルパラメータに及ぼす直径のばらつきの影響

直径变化对 SiC 纤维纤维束拉伸试验估计的威布尔参数的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: Ikarashi Yoshito;Ogasawara Toshio;Okuizumi Shin-ichi;Aoki Takuya;Davies Ian J.;Lamon Jacques;五十嵐喜寅，小笠原俊夫，青木卓哉，Ian J. Davies
• 通讯作者: 五十嵐喜寅，小笠原俊夫，青木卓哉，Ian J. Davies