様々な荷重条件下における傾斜機能材料のき裂エネルギー密度理論による破壊解析

利用裂纹能量密度理论对不同载荷条件下功能梯度材料的断裂进行分析

• 批准号: 06F06118
• 负责人: 渡邊 勝彦
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06F06118/
• 关键词: Piezoelectric material; Fracture; Fatigue; Double Torsion Test; Electrotnechanical coupling; CED; Compliance; Crack energy density; Cruciform specimen; Biaxial tensile test; Biaxial stress ratio; Finete element analysis; Photoelasticity

当初、傾斜機能性材料の破壊に関する研究を行うことを計画し、当該材料におけるCEDの性質についての理論的研究を進めたが、目指す条件を満たす材料の確保が困難となったことから、対象を、機能性材料の一種であり、その優れた電気力学的特性のため様々な分野で応用されながら、その強度、破壊挙動については多くの未解決の問題が残されている圧電材料に移して研究を進めた。破壊実験としては圧電材料には適用例がほとんどないDouble Torsion試験(DT試験)を採用した。DT試験によるとき、通常材料においてはき裂が進展してもほぼ力学的応力拡大係数は一定に保たれることが知られているが、電気的挙動と力学的挙動の間に連成がある圧電材料においては、電気的負荷の下での電気的応力拡大係数が、き裂が進展してもほぼ一定に保たれることを理論的検討、実験によるコンプライアンス測定を通じて示した。また、電気的負荷、力学的負荷を同時に加えることができる圧電材料用DT試験のための装置を設計、製作し、さらに自然なき裂を有するき裂試験片の作製法を確立し、これらにより、各種電界レベルの下での破壊実験、電気的疲労破壊実験を実施し、データを取得した。就職により帰国時期が2ケ月早まったため必要な実験の実施に専念し、予定した実験はほぼ終了したが、データの解析、成果の論文としての最終的なまとめは今後引き続き行う。

最初，我们计划对功能梯度材料的破坏进行研究，并对这些材料的CED特性进行理论研究，但由于很难获得满足所需条件的材料，我们决定改变主题，一种功能材料，由于其优异的电动力学特性而被应用于多种领域，但研究已转移到压电材料，其强度和断裂行为方面仍有许多未解决的问题。破坏性试验采用了很少应用于压电材料的双扭转试验（DT试验）。众所周知，当使用 DT 测试时，即使裂纹扩展，普通材料的机械应力强度因子也几乎保持不变，但我们通过理论研究和实验柔度测量表明，电气行为和机械行为之间存在耦合。在压电材料中，即使裂纹扩展，电负载下的电应力强度因子也几乎保持恒定。此外，我们还设计并制造了可同时施加电气和机械载荷的压电材料DT测试装置，并建立了各种电场强度下的裂纹试件的制作方法和电疲劳断裂实验。进行并获得数据。由于工作的原因，我能够提前两个月回到日本，所以我专注于进行必要的实验，虽然计划的实验已经快完成了，但我会继续分析数据并最终将结果写成论文。

项目成果

A Study on the Cracked Specimen for Biaxial Tensile Loading Test

双轴拉伸加载试验裂纹试件的研究

• 发表时间: 2006
• 期刊: Key Engineering Materials 326-328
• 作者: Dong-Chul SHIN;Byong-Gun NAM;Jeong-Hwan NAM;Jai-Sug HAWONG;Katsuhiko WATANABE
• 通讯作者: Katsuhiko WATANABE