英文輪読第8回 6月17日


高橋 青柳 坂井 福島 広瀬
伊藤

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'高橋'訳

いったん特定の圧子の大きさが指定されると、半径riと幅デルタriの環状領域内にc1より大きいサイズの欠陥を見つける確率、つまりあるエリアのδAi=2πriδriで以下の式で表される。 同様に、同じエリアの要素δAiのうちc2より大きいサイズの欠陥を見つける確率は次の式から与えられます。 エリアδAi内のc1からc2の領域の間にあるcのサイズの欠陥を見つける確率は、式772aと772bによって与えられる確率において異なり、またその領域内のサイズの欠陥からの破壊の確率と同じである。 図771によって値c1とc2は全ての環状領域に対して決定されるかもしれない。 二つのパラメータ、ワイブル関数が破壊の発生した以外の確率、最下位の応力さえ与えるので、それはri/aの上限は試料の完全な大きさえと伸びるべきであると表示されるだろう。それは押し込み応力場の効果がさらに明らかにされるであろう試料である。 しかしながら、もしアウエルバッハ領域Pa内の欠陥に対する最小臨界荷重に近い荷重に関心があるのならば、それからアウエルバッハ領域の上限に対応する開始半径のみ考慮することが必要である。アウエルバッハ領域とはri/a=1.5、つまりc/a=0.1における最大関数φ(c/a)を与えるのである。 領域δA内の欠陥から発生していない破壊の確率は次の式から与えられる。

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'青柳'訳



圧子周りの環状要素nの全領域での残存確率は、故に以下の式で与えられる。



故に、最後に、荷重P/Paにおける全領域での破壊の確立PFは、以下の式で与えられる。



この計算は、P/Paの異なる値に対し、特定の圧子半径の値での、破壊の可能性のある圧子荷重への依存関係を得るまで繰り返される。球状圧子の場合、荷重の増加に伴う接触円半径の拡大により、状況は込み入っている。式7.2aと7.6hを合わせると、与えられた圧子荷重と比率P/Paに対する接触円半径が以下の式から計算されることを示すのは容易である。



これは値に、一定のRで、パンチ圧子の場合として進む時、CfがP/Paの関数として定まるのを認める。図7.7.2は、球状・円筒パンチ圧子双方の、特定の圧子サイズにおける圧子荷重の関数としての破壊の確率を示している。

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'坂井'訳

押し込み試験から決まるそれらの確率と一緒に計算された数値は示される。実験研究は受け取った(買ったままの状態で)ソーダ石灰ガラス試料の上で、硬化鋼円筒パンチや炭化タングステン球を使用し行われた。特に計算に使われているWeibullパラメターは実験研究で使われているそれらより完全に違った源からガラス試料によって決定されると考えると、特によく一致する。図772の中の曲線は式7.6hと7.6iの破壊表面エネルギーγの推定に依存する。  しかし、破壊表面エネルギは原則、押し込み試験によって決定されるが、圧子と試料の間の摩擦の不可避の存在によってそのような推定は正確ではない。それでも、図772の計算によってかかれ曲線は式7.6hと7.6iを実験データ(節7.8参照)から決定された破壊表面エネルギと共に用いることでかいてきた。図772において、それぞれの圧子サイズのPaでのカットオフは最小臨界荷重より小さい荷重での破壊が起きる確率はゼロであることを示す。

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'福島'訳

押し込み破壊の確率は欠陥の大きさの距離特徴上の深さを持つほぼ一定で応力場を含んでいる曲げ試験からよく決められるウェイブルの強さパラメータで表現されるかもしれないということに注意してください。これは押し込み破壊の確率はいくつかの表面の場所ではいろいろな大きさの領域内で欠陥を含んでいるという確率の観点から表現されているので起こりうる。この確率は表面の特性で、表面強さパラメータmとkは曲げ試験を通して決められるでしょう。これらの確率の適した組み合わせでは、押し込み破壊で関連付けられた減少していく応力場の特別な場合における破壊の確率を与えます。

7.8破壊表面エネルギーとアウアーバッハ定数

7.8.1最小臨界荷重

ヘルツの円錐破壊の開始の確率計算について前回の章で与えられた手順は試験片材質の破壊表面エネルギーの評価に頼っている。実験的な押し込みの働きはフィスチャー、クリプスによって発表され、コーリンズは破壊表面エネルギーがほかの方法によって決められたほぼ2.5倍であることを示し、これらの働きの要因は圧子荷重下の破壊に不可避な存在は潤滑油を差した接触でさえ押し込み試験から推定された明らかな表面エネルギーの増加を導いているということを前提としている。破壊表面エネルギーの評価は破壊における最小臨界荷重に対して一番良い取り組みである。

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'広瀬'訳

すでに述べたように、Paは押し込み破壊が起きるときの最小臨界荷重を表す。 私たちはこの最小臨界荷重が高密度な欠陥をもつガラス(言い換えるば擦り減ったガラス)の実験で観察した破壊荷重に相当すると予測するでしょう。 式7.6.hと7.6.iは球状圧子半径とパンチ半径の3/2乗のそれぞれと最小臨界荷重には比例関係があると予測する。 式7.6hと7.6iがすべての大きさの欠陥を含む試験片表面を仮定し、特定の開始半径における特定のサイズの欠陥がわかる確率の情報を一切あたえないので、これは予測される。 圧子の大きさが大きくなるにつれ、アウアーバッハの範囲で欠陥の大きさは大きくなり、 そして、アウアーバッハの範囲の中の欠点から、図.7.6.2に見られる関数φが欠陥の大きさのアウアーバック範囲での最大値であるので、破壊は最初に起こります。 式7.6.hから、アウアーバッハの定数が以下の式より与えられる。 パンチの場合、半径aの接触円を与えている半径Rの同等の球のときのアウアーバッハの定数はは式7.6iとハーツの方程式、式7.2aから見つけられるかもしれない。 式7.8.1aと7.8.1bから見ることができるように、アウアーバッハの定数は破壊表面エネルギーγの値に依存します。

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'伊藤'訳


図7.8.1は実験データを示しています。その実験データとは、すりへっているソーダ石灰ガラスの上で球体圧子と平らなパンチ圧子を使うことで得られた最小の危険荷重のものです。 パンチのデータはa3/2の関数としてプロットされています。それは最小危険荷重との直線(一次)関係を与えます;実際のパンチ直径は各データポイントに示されます。 データを通じて一番合った線(図7.8.1の実線)の傾きが、アウアーバック定数Aの大きさの評価に、図7.6.2の定圧領域から評価されたΦaを与えます。 そして、表面エネルギーγの値は方程式7.8.1aと7.8.1bから計算できます。 Aの値とγは、この方法で評価され、表7.1で与えられます。 図に示すように、2つの圧子に方法を使用することで得られる破面エネルギーは、それほど異なっていません。けれども、これらの値はかなり高い、この材料における期待値γ=3.5 J/m2よりも。 球を使用することで得られたAの値と、パンチを使用することで得られたAの値の違いはおそらく2つの種類の圧子の押し込みの反応における摩擦への異なった依存関係のためです。 図7.7.2に示されている欠陥の確率が表7.1に示されている破面エネルギーを使用することで計算されていることに注意するべきです。 環境の影響は破壊の確率に影響します。そして、等値荷重は第3章に示された「修正された亀裂成長モデル」を使用することで計算されるでしょう。

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