Evaluation of Mechanical Properties of Microelements and Environmental Strength under Dynamic Loading
动态载荷下微元力学性能和环境强度评价
基本信息
- 批准号:09450048
- 负责人:
- 金额:$ 8.96万
- 依托单位:
- 依托单位国家:日本
- 项目类别:Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
- 财政年份:1997
- 资助国家:日本
- 起止时间:1997 至 1998
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The fracture and fatigue behavior of micromaterials including single-crystal Si microelements and an advanced fiber reinforcement of aramid fiber have been performed. The specially designed testing machines are developed, which are capable of performing quasi-static and fatigue tests in mum sized microelements. Single crystal Si microelements deform elastically until final failure, giving a brittle nature. The fracture strength increases with a decrease in specimen size, and the maximum fracture strength is about 7.7 GPa. However, Si microelements are sensitive to notch, and sub-mum deep notch introduced by focused ion beam decreases the fracture strength. As for fatigue loading, no fatigue damage is observed even though the surface is nanoscopically examined by an atomic force microscope. However, in water, the fatigue lives are decreased : crack formation is promoted by a synergistic effect of dynamic loading and water environment. Atomic force microscopy is capable of imaging a nanoscopic crack, which causes the failure in water. The fiber strength of aramid fiber, Kevlar 49, is strongly influenced by an environment : water absorption and vacuum conditioning decrease the fracture strength. As for fatigue, aramid fibers have excellent fatigue properties, compared with metallic materials, showing gentle slope in s-N curves, although they have large scatter band. As for vacuum effects, the fatigue strength in vacuum is higher than that conducted in air. The fiber breaks with fiber splitting, and the fiber surface damage induced by fatigue loading in air and in vacuum was examined by using an atomic force microscope, and the influence of environment on fatigue and damage mechanisms are discussed.
已经进行了微材料的断裂和疲劳行为,包括单晶Si微元素和芳香纤维的先进纤维增强。开发了专门设计的测试机,能够在妈妈大小的微元素中进行准静态和疲劳测试。单晶Si微元素弹性变形直至最终失败,具有脆弱的性质。裂缝强度随标本尺寸降低而增加,最大断裂强度约为7.7 GPa。但是,Si微元素对缺口很敏感,并且由聚焦离子束引入的子撞击凹口降低了断裂强度。至于疲劳负荷,即使表面通过原子力显微镜检查表面检查,也没有观察到疲劳损伤。然而,在水中,疲劳寿命减少了:动态载荷和水环境的协同作用促进了裂纹的形成。原子力显微镜能够成像纳米骨裂纹,从而导致水失败。 Aramid纤维的纤维强度,Kevlar 49,受到环境的强烈影响:吸水和真空调节降低了断裂强度。至于疲劳,与金属材料相比,Aramid纤维具有出色的疲劳性能,尽管它们的散射带很大,但在S-N曲线中显示了柔和的斜率。至于真空效应,真空中的疲劳强度高于空气中的疲劳强度。通过使用原子力显微镜检查了纤维分裂的纤维断裂,并通过使用原子力显微镜检查了由空气和真空中疲劳载荷引起的纤维表面损伤,并讨论了环境对疲劳和损害机制的影响。
项目成果
期刊论文数量(42)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
箕島弘二: "アラミド単繊維の疲労破壊特性に及ぼす真空環境効果" 日本機械学会第76期全国大会講演論文集,No.98-3. Vol.1. 723-724 (1998)
Koji Minoshima:“真空环境对芳纶单纤维疲劳断裂性能的影响”第76届日本机械工程学会全国会议论文集,第98-3卷(1998年)。
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- 发表时间:
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
- 通讯作者:
駒井 謙治郎: "マイクロマテリアル:1.マイクロマテリアルの現代的ニーズと今後の展開" 材料. 46-12. 1442-1447 (1997)
Kenjiro Komai:“微材料:1. 微材料的现代需求和未来发展”材料 46-12(1997)。
- DOI:
- 发表时间:
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
- 通讯作者:
駒井謙治郎: "マイクロマテリアルにおける機械的特性とナノスコピック損傷評価" 日本機械学会論文集, A編. 65-631 印刷中. (1999)
Kenjiro Komai:“微材料的机械性能和纳米级损伤评估”,日本机械工程师学会论文集,A 版,出版中(1999 年)。
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- 发表时间:
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
- 通讯作者:
K.Komai, Micromaterials I: "Current Needs and Future Trends of Micromaterials" Journal of the Society of Materials Science, Japan. Vol.46. 1442-1447 (1997)
K.Komai,微材料 I:“微材料的当前需求和未来趋势”日本材料科学学会杂志。
- DOI:
- 发表时间:
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- 影响因子:0
- 作者:
- 通讯作者:
K.Minoshima: "Influence of Specimen Size and Sub-Micron Notch on the Fracture Behavior of Single Crystal Silicon Microelements and Nanoscopic AFM Damage Evaluation" Materials Science of Microelectromechanical Systems(MEMS)Devices, A.H.Heuer and S.J.Jacobs
K.Minoshima:“样品尺寸和亚微米缺口对单晶硅微元件断裂行为和纳米级 AFM 损伤评估的影响”微机电系统 (MEMS) 器件材料科学,A.H.Heuer 和 S.J.Jacobs
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