複合材料の破壊過程における多数の損傷間の力学的相互作用(多体問題)の近似解法

复合材料断裂过程中多重损伤间机械相互作用（多体问题）的近似解

基本信息

批准号：
11875144
负责人：
落合庄治郎
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

複合材料の変形・破壊過程では,繊維やマトリックスの破断,界面剥離などの損傷が空間的にばらついて生じ,お互いに相互作用しながら,次に起こる損傷の種類と空間位置を決める。相互作用は新しい損傷が生じる毎に刻々と変化し,損傷の形成集積過程を律し,材料特性を決定する。このような破壊過程を律する多数の損傷間の相互作用(多体問題)を厳密に解くことは数学的に不可能である。本研究では,この問題を近似的に解くことを試みた。まず実験では,SiCで強化したTiAl金属間化合物およびSiC繊維で強化したSiCの2つの複合材料をモデル材として用い,応力負荷装置を組み込んだSEMで繊維・マトリックス破壊,界面剥離をはじめとする損傷の発生,進展,集積および損傷間の相互作用観察を行なった。その結果,破壊過程で刻々とその数を増し空間分布も刻々変わる損傷の集積過程を実験的に把握できた。これらの結果をフィードバックしてシェアラグアナリシス法,有限要素法,およびモンテカルロシミュレーション法を組み合わせた損傷集積過程近似記述法を開発した。開発した手法を用いて複合材料の破壊過程のシミュレーションを行なって,損傷が材料内各所で生じ,お互いに影響を及ぼし合いながら,負荷歪の増加と共にその数を増し,材料全体の破壊へとつながっていく過程と,その結果あらわれる材料全体としての応力-歪曲線,強度,破壊形態などをほぼ適切に表現できることを確認した。

在复合材料的变形和断裂过程中，纤维和基体断裂、界面分层等损伤以空间分布的方式发生，当它们相互作用时，就决定了下一次损伤的类型和空间位置。随着新损伤的发生，相互作用不断变化，控制着损伤的形成和积累过程，并决定了材料的特性。从数学上来说，严格解决控制这种断裂过程的多重损伤（多体问题）之间的相互作用是不可能的。在本研究中，我们试图大致解决这个问题。首先，在实验中，以SiC增强TiAl金属间化合物和SiC纤维增强SiC两种复合材料为模型材料，使用配备应力加载装置的SEM测量包括纤维/基体断裂和界面分层在内的损伤。观察损伤的发生、进展、累积以及相互作用。因此，我们能够通过实验了解损伤的累积过程，在断裂过程中，损伤的数量不断增加，其空间分布不断变化。基于这些结果，我们开发了一种结合剪力滞分析方法、有限元方法和蒙特卡罗模拟方法的损伤累积过程的近似描述方法。利用所开发的方法，我们模拟了复合材料的断裂过程，发现损伤发生在材料内部的各个位置，并且在相互影响的同时，它们的数量随着载荷应变的增加而增加，导致整个材料的破坏。确认了通过该处理而出现的整个材料的应力-应变曲线、强度、断裂形式等可以几乎适当地表达。