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破坏过程中，损坏（例如纤维和矩阵破裂和界面剥离）在空间上发生，并相互交互，以确定接下来会发生的损害类型以及空间位置。相互作用随着每个新损害的不时变化，管理损害的形成和积累过程并确定材料特性。从数学上讲，不可能精确地解决有关这种破坏性过程（人体机构问题）的多重损害之间的相互作用。在这项研究中，我们试图大约解决这个问题。首先，在实验中，使用了两种复合材料，即用SIC和SIC纤维增强的TIAL Interallic化合物，并使用将其作为模型材料加固，并使用结合应力加载装置的SEM来观察发生，发育，积累和损害，包括光纤 - 矩阵骨折和界面剥离和界面果皮和其他相互作用。结果，我们能够实验地掌握损害的积累过程，这在裂缝过程中每时每刻增加了损害数量，并每时每刻都会改变空间分布。将这些结果馈回，以开发一种使用共享拉古分析方法，有限元方法和蒙特卡洛模拟方法近似损伤积累过程的方法。使用开发的方法，我们模拟了复合材料的断裂过程，并确认损坏发生在材料的各个部位，彼此影响，随着负荷应变的增加而增加损害的数量，导致整个材料的断裂，以及结果应力 - 应力曲线曲线，强度，骨折形状等几乎可以作为此结果表达。