衝撃的負荷を受けるゴム強化樹脂の破壊のメカニズムに関する研究

橡胶增强树脂冲击载荷破坏机理研究

• 批准号: 10750506
• 负责人: 東藤 貢
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 1999
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-10750506/
• 关键词: ゴム強化アクリル樹脂; 破壊じん性; 負荷速度依存性; 計装化落錘衝撃試験機; 高速変位計測装置; ダメージゾーン; 偏光顕微鏡観察; 衝撃曲げ試験; スプリットホプキンソン棒法; アクリル樹脂; 動的破壊じん性; 応力拡大係数; 有限要素解析

ゴム成分と含有率が異なる3種類のゴム強化アクリル樹脂およびアクリル樹脂単体について,モードI破壊挙動の負荷速度依存性に関する研究を行った。負荷速度が1〜10^3mm/minの範囲での試験には油圧サーボ式試験機を用い,l〜2m/s(0.6×10^5〜1.2×10^5mm/min)での試験には,計装化落錘衝撃試験機と光ファイバとレーザ光を応用して作製した自家製の高速変位計測装置からなる衝撃試験システムを用いた。また,き裂周辺で形成されたダメージゾーンを含む部分を切り出し,切断と研磨により厚さ約150μm程度の薄片を作製し,偏光顕微鏡を用いて透過光下で観察した。得られた結果は以下の通りである。1.衝撃試験において,ピエゾエレクトリックロードセルを用いた荷重測定,高速変位計測装置を用いた荷重点変位の直接計測の結果,高精度での衝撃破壊じん性の測定が可能となった。2.角荷速度が1〜10^3mm/minの範囲では,ゴム強化アクリル樹脂の破壊じん性はほとんど負荷速度依存性を示さなかった。一方,アクリル樹脂単体の破壊じん性は負荷速度の増加とともに増加する傾向を示した。3.ゴム強化アクリル樹脂の衝撃破壊じん性は低速での破壊じん性に比べ著しい低下を示した。一方,アクリル樹脂単体の衝撃破壊じん性は低速での破壊じん性と比べても変化は見られなかった。4.偏光顕微鏡観察の結果,ダメージゾーンの規模は負荷速度の増加とともに減少した。ゴム強化アクリル樹脂の高じん化は,き裂先端近傍でのダメージゾーン形成による付加的なエネルギ散逸の結果として生じるものである。従って,ダメージゾーンの規模が減少すると散逸エネルギ量も減少し破壊じん性も低下することが考えられる。低速域でもダメージゾーンの規模は減少したが生成に必要とされるエネルギ量は負荷速度の増加とともに増大するため,破壊じん性の顕著な変化は見られなかったものと思われる。

对具有不同橡胶组分和含量的三种橡胶增强丙烯酸树脂以及单独的丙烯酸树脂进行了 I 型断裂行为的加载速率依赖性研究。液压伺服式试验机在负载速度1～10^3mm/min范围内进行试验，液压伺服式试验机在l～2m/s（0.6×10^5～1.2 x 10^5 mm/min）我们使用了由仪器化落锤冲击试验机和采用光纤和激光制成的自制高速位移测量装置组成的冲击测试系统。另外，切出包含在裂纹周围形成的损伤区域的截面，并通过切割和抛光制备厚度约150μm的薄截面，并使用偏光显微镜在透射光下观察。得到的结果如下。 1.在冲击试验中，通过使用压电测力传感器测量载荷并使用高速位移测量装置直接测量载荷点的位移，可以高精度地测量冲击断裂韧性。 2、在角加载速度1～10^3mm/min范围内，橡胶增强丙烯酸树脂的断裂韧性几乎不表现出加载速率依赖性。另一方面，单独的丙烯酸树脂的断裂韧性表现出随着加载速率的增加而增加的趋势。 3、橡胶增强丙烯酸树脂的冲击断裂韧性与低速时的断裂韧性相比呈现显着下降。另一方面，与低速下的断裂韧性相比，单独的丙烯酸树脂的冲击断裂韧性没有观察到变化。 4.偏光显微镜观察表明，随着加载速率的增加，损伤区的规模逐渐减小。橡胶增强丙烯酸树脂的高韧性是由于裂纹尖端附近形成损伤区而产生的额外能量耗散所致。因此，认为当损伤区的尺寸减小时，耗散能量也减小，并且断裂韧性也减小。即使在低速范围内，损伤区的尺寸也减小，但产生所需的能量随着加载速度的增加而增加，因此没有观察到断裂韧性的显着变化。