小山の学位論文の一部です
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材料の強度と破壊について
八戸工業大学時代(昭和48年～平成21年3月)の研究から
機能性材料 ホタテ貝殻に関する研究はこちらのページで
小山の学位論文の一部です
| 金属やプラスチック等、ほとんどの材料は、小さな力でも、例えば、数百万回の繰り返しをうけると、人間と同じように”疲れ”を起こします。これが「疲労破壊」という現象です。回転する機械、振動をうける部品などの設計には注意が必要です。 |
| 私達の身の回りでは、ユニットバスやボート、車のバンパーに使われているＦＲＰが、ガラス繊維とプラスチックの複合材の代表的なものです。複合材料は、特徴のある２つ以上の材料を合成し、より優れた材料を得るのが目的です。スポーツ用品を始め、車や航空機などに多用されています。この種の複合材料は、軽くて強く、腐食しにくいのが特徴です。しかし、母材と強化繊維との間の接着性が問題となっています。例えば、車のバンパーはFRP製が多いのですが、一度衝突などで荷重が加わると見た目には何ともなくとも内部は、ガラス繊維とプラスチックの剥離が生じ、強度はがた落ちになります。 |
| 研究室では、複合材料の強度向上を目的として、引張試験機や疲労試験機で変形を与え、どのように変形するか、あるいは破壊するか、ガラス繊維と母材の剥離に注目し、光学顕微鏡や電子顕微鏡を使って観察して調べてきました。また、酸環境下での複合材の破損事故が問題となってきており、酸環境下でのガラス繊維の腐食が生ずるが、酸環境、応力の存在下ではポリカーボネイトに表面き裂が観察された。 |
| 複合材料研究背景の詳細 |
複合材料の詳細は下記から
その他の研究論文、報告書、テキスト等
材料の強度と破壊
| 実際に稼働する機械や装置の設計の際には，使用される環境条件下で強度として何を採用するか考慮すべき点は多くあります。例えば，原子炉の１次冷却水と２次冷却水の間で熱交換を行うステンレス製の細管は、つねに脈流する高圧すなわち荷重が繰り返し作用すします。また、高温状態、腐食条件下で使用され、さらに放射線の影響を受けながら稼働していることになります。すなわち、材料が繰返しの荷重を受け、低温，高温あるいは腐食環境下で使用され、さらに放射線につねにさらされています。 金属の結晶の物理的または機械的性質は、低温、高温、腐食環境、放射線環境では変化するのが普通であり、さらに，これらの複合条件下で使用される場合には，材料はその性質を，室温の通常の場合と異なり，一般に，強度を低下させる方に変化します。また、後に解説するように、材料には必ず欠陥が入ってきます。降伏応力より低い繰り返しの荷重が作用して生ずる破壊、"金属疲労"はこのような欠陥等から微視き裂が成長して破壊が生じます。従って、設計技術者はこれらの現象を考慮した上で設計することが必要になってきます。このような複雑な条件下においては，材料の強さとして，降伏応力と引張強さを採用することは，安全性に問題が生じます。設計の立場から，このような複雑な条件を把握し，対応する使用材料の”適切な強度”を選択するためには、あらゆる環境下における材料の性質の変化を理解する必要があります。 材料の物理的性質、化学的性質の研究は、物理学や化学および物性学の分野であり、結晶の構造などは金属学の分野であり、機械的性質の研究は、材料力学、構造力学の分野が関係してきます。また、性質の変化は、原子の程度の大きさ（微視的）の視点から、目に見える寸法の大きさ（巨視的）の幅広い視点からの研究が必要となります。このように、いろいろな学問を有機的に結びつけ、より信頼性のある強度や機能性を求めるために生まれた学問が材料科学(Materials Science)です。 材料科学は、工学、理学はもちろん、医学の分野にまで必要とされている材料に関する総合学問です。多くの材料のうち、金属材料がもっとも多く使用されている材料であり学問も進んでいますので、金属を例に、金属の機械的性質（力が加わったときに示す性質）を解釈するのに必要な基本的知識から解説します 以下は大学院の講義のために作成したテキストの一部です。 |
従来の機械・金属材料学分野の解説 |
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