ゴム材料強靭化のための材料設計指針の確立
【研究キーワード】
ゴム / 破壊力学 / き裂進展 / 有限要素法
【研究成果の概要】
本研究では,ゴム材料のき裂進展における速度転移現象(外力負荷量がある閾値を超えた際にき裂進展が急激に加速される現象)のメカニズムを解明することを目的として,有限要素法(FEM)解析および数理モデル解析をおこなった.FEM解析においては,き裂進展のシミュレーションにより,転移エネルギー(速度転移を発生させるために必要な引裂きエネルギー)を評価した.材料の力学パラメータを系統的に変化させて解析を実施することで,転移エネルギーへの影響因子を明らかにした.理論モデル解析では,FEM解析で得られた描像に基づき,き裂先端近傍の力学状態から転移エネルギーを推定するための関係式を導出した.
【研究の社会的意義】
き裂進展速度転移現象はゴム材料の寿命と非常に密接に関連しており,速度転移を引き起こす「転移エネルギー」が大きいほどき裂が進展しにくく,疲労や摩耗に強いということが知られている.つまり転移エネルギーの大きいゴム材料を開発すれば,製品の強靭化・長寿命化が実現できる.本研究では,弾性や粘性といった既知の力学パラメータと転移エネルギーの関係を明らかにした.本研究の成果により,転移エネルギーを向上する(つまり,ゴム材料を強靭化する)ための材料設計指針が得られ,材料開発における大幅なコスト削減および製品の長寿命化による環境負荷の低減などの効果が期待される.
【研究代表者】
【研究種目】若手研究
【研究期間】2019-04-01 - 2021-03-31
【配分額】1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)