セラミックス-金属系多相材料の熱・弾塑性応答(微視力学的解析システムとその機能検証)

陶瓷-金属多相材料的热和弹塑性响应（显微分析系统及其功能验证）

• 批准号: 03452254
• 负责人: 若島 健司
• 金额: $ 4.48万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for General Scientific Research (B)
• 财政年份: 1991
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1991 至 1992
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-03452254/
• 关键词: 複合材料; 傾斜機能材料; 熱応力; 微視力学; 弾塑性解析; 高温変形; 熱伝導率; セラミックス-金属系; ラチェット変形; セラミックスー金属系

前年度に具体化した主な項目は,1)微視力学モデルに基づく弾塑性構成式の定式化,2)熱・弾塑性応答の数値解析ソフトウェア作成,3)局部加熱方式動的熱変形試験装置の設計・製作,4)クリープ効果の基礎的検討である。当該年度では、まず始めに上記1)に基づく2)のソフトウェアを用いて、平板状のZr3_2-Ni系傾斜組成制御体に関する一連の熱応力解析を実施した。特に上記3)との関連から、Ni相の塑性挙動を無視した弾性解析およびこれを考慮した弾塑性解析によって一次元熱流場での過渡応答をシミュレートした。その結果,弾性解析では高温側のZrO_2-Ni層内に発生する最大圧縮応力を過大評価すること,またNi相内での応力、部分的に降状応力レベルを大きく上回ることから,本徴視力学アプローチによる弾塑性解析の有用性を確認した。さらに検証実験のための供試体をホットプレス法で作製するため,その際の熱履歴に伴う残留応力を上述の弾塑性解析法を発展させて定量化し,熱応力割れを抑制する作製条件を明らかにした。その結果に従って6層構成のZrO_2-Ni系傾斜組成制御体(100ZrO_2/80ZrO_2-20Ni/60ZrO_2-40Ni/40ZrO_2-60Ni/20ZrO_2-80Ni/100Ni;各層の厚さ0.5mm)を作製し,その健全性を確認した。一次元熱流場での加熱試験に先だって,本供試体における各層の熱伝導率を実測して微視力学的な予測値と比較すべきと考え,当初計画を変更し,基本的には前記3)の試験装置を利用した定常比較型のシステムを開発した。このシステムは,供試体内部の一次元定常温度分布を近接拡大レンズを装着した赤外線熱画像カメラにより計測するもので,従来は測定が困難であった多層積層材をそのまま供試体として構成層の熱伝導率評価が可能であることから,プラズマ溶射プロセスで多層形成した被膜についても検討し,本システムの有用性を確認した。このことは本研究の副次的な成果として特筆できる。このような事情で、当初に計画した実験は現時点では未完であるが,予想外の問題は特に無く,近々(数箇月内)に完了の見込みである。

去年形成的主要项目有：1）基于微观模型的弹塑性本构方程的制定，2）创建热和弹塑性响应数值分析软件，3）局部加热动态热变形试验4）基础蠕变效应的研究。在本财年，我们首先在上述1）的基础上，使用2）中所述的软件对扁平Zr3_2-Ni梯度成分控制体进行了一系列热应力分析。特别是，关于上面的 3)，我们使用忽略 Ni 相塑性行为的弹性分析和考虑到这一点的弹塑性分析来模拟一维热流场中的瞬态响应。结果，弹性分析高估了高温侧ZrO_2-Ni层中产生的最大压应力，并且Ni相中的应力部分超过了使用机械弹塑性分析的有用性。方法得到了证实。此外，为了使用热压法制作用于验证实验的样品，我们开发了上述弹塑性分析方法，以量化与当时的热历史相关的残余应力，并明确了抑制热应力裂纹的制作条件。我做到了。根据结果​​，我们制作了6层结构的ZrO_2-Ni梯度成分控制体（100ZrO_2/80ZrO_2-20Ni/60ZrO_2-40Ni/40ZrO_2-60Ni/20ZrO_2-80Ni/100Ni；每层厚度0.5 mm），并其健全性得到证实。在进行一维热流场加热测试之前，我们认为应该实际测量这个试件中各层的导热系数，并与微观预测值进行比较，因此我们改变了原来的计划，基本上进行了）使用测试设备开发了稳定的比较系统。该系统使用配备近摄放大镜的红外热像仪测量样品内部的一维稳定温度分布，由于可以进行电导率评估，因此我们还研究了等离子喷涂工艺形成的多层涂层，并证实了其有用性。系统。这可以被视为本研究的次要结果。由于这些情况，原定计划的实验目前尚未完成，但没有意外问题，预计会在不久的将来（几个月内）完成。

项目成果

K.Wakashima (他2名): "Diffusion-Controlled Deformation of Metal Matrix Composites" Aspects of High Temperature Deformation and Fracture of Crystalline Materials (Proc.of JIMIS-7,Japan Institute of Metals). (1993)

K. Wakashima（其他 2 人）：“金属基复合材料的扩散控制变形”晶体材料的高温变形和断裂方面（Proc. of JIMIS-7，日本金属研究所）（1993 年）。

K.Wakashima(他2名): "Numerical Approach to the Elastic-Plastic Analysis of Thermal Stresses in a Ceramic-Metal Bimaterial Plate With Graded Microstructure" Modelling of Plastic Deformation and Its Engineering Applications (Proc.of the 13th RISO Int.Symp.,RI

K. Wakashima（和其他 2 人）：“Numerical Approach to the Elastic-Plastic Analysis of Thermal Stress in a Ceramic-Metal Bimaterial Plate with Graded Microstruction”塑性变形建模及其工程应用（Proc.of the 13th RISO Int.Symp） .,RI

K.Wakashima,H.Tsukamoto,B.H.Choi: "A Mechanism of Thermal CyclingーInduced Superplasticity in Discontinuous Fiber Reinforced Metal Matrix Composites" Meta Matrix CompositesーProcessing,Microstructure and Properties(Proc.of the 12th RISO Int.Symp.,RISO Natio

K. Wakashima、H. Tsukamoto、B. H. Choi：“热循环机制 - 不连续纤维增强金属基复合材料中的诱导超塑性” Meta Matrix Composites - 加工、微观结构和性能（Proc. of the 12th RISO Int.Symp., RISO国家

K.Wakashima (他1名): "A Unified Micromechanical Approach toward thermomechanical Tailoring of Metal Matrix Composites" ISIJ International. 32. 883-892 (1992)

K. Wakashima（和其他 1 人）：“金属基复合材料热机械剪裁的统一微机械方法”ISIJ International 32. 883-892 (1992)。

K.Wakashima,H.Tsukamoto: "MeanーField Micromechanics Model and Its Application to the Analysis of Thermomechanical Behaviour of Composite Materials" Materials Science and Engineering. A146. 291-316 (1991)

K. Wakashima、H. Tsukamoto：“平均场微观力学模型及其在复合材料热机械行为分析中的应用”材料科学与工程 A146 (1991)。