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ひずみエネルギー密度法によるマイクロ・ナノ材料の統一破壊力学

Research Project

Project/Area Number 16F16366
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section外国
Research Field Materials/Mechanics of materials
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

北村 隆行  京都大学, 工学研究科, 教授 (20169882)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) GALLO PASQUALE  京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
Project Period (FY) 2016-11-07 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2018: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2016: ¥400,000 (Direct Cost: ¥400,000)
Keywords破壊力学 / ナノメートル / ひずみエネルギー密度 / 連続体 / 分子動力学 / マイクロ / ナノ / 破壊基準 / ひずみエネルギー / 負荷実験
Outline of Annual Research Achievements

ナノメートル・スケールの棒材を単結晶シリコンで作成し、破壊の起点となる三角形状の切欠きを導入した試験片を作成し、受入れ研究者が所有する微小材料負荷試験装置を組み込んだ走査型電子顕微鏡を用いてその場観察の下で破壊実験を行った。その結果、切り欠き底からの破壊発生・進展に関する精密な観察を行うとともに、破壊過程を詳細に観察した。また、応力集中係数の異なる切り欠きを用いた実験より、切り欠き底近傍応力分布の相違の影響について実験観察を行った。これらの実験結果に基づく数値解析より、数nmの応力集中によって切欠き底における局所破壊がもたらされていることが判明した。また、それが、連続体力学に基づく破壊モデル(ひずみエネルギー密度法)が数nm以上の応力集中域では適用可能であるに対して、それ以下では適用ができなくなることも明らかにした。すなわち、これが連続体モデルの破壊への適用下限であり、それ以下の寸法では原子による離散性を考慮した理論の構築が必要である。これらの成果の一部は、すでに国際研究誌に掲載されている。また、他の部分は投稿・審査中である。
さらに、実験解析の成果を受けて、分子動力学法による単結晶シリコン原子構造体における微小切欠き底からの破壊シミュレーションに取り組み始め、すでに初期的な結果を得ている。この結果を基に、離散性を考慮した破壊力学の理論解析にも取り組んでおり、論文発表の準備を進めている。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (5 results)

All 2019 2018 2017

All Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 5 results)

  • [Journal Article] Experimental Characterization at Nanoscale of Single Crystal Silicon Fracture Toughness2019

    • Author(s)
      Pasquale Gallo, Takashi Sumigawa, Takayuki Kitamura
    • Journal Title

      Frattura ed Integrità Strutturale

      Volume: 47 Issue: 47 Pages: 408-415

    • DOI

      10.3221/igf-esis.47.31

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Static assessment of nanoscale notched silicon beams using the averaged strain energy density method2018

    • Author(s)
      Pasquale Gallo, Takashi Sumigawa, Takayuki Kitamura, Filippo Berto
    • Journal Title

      Theoretical and Applied Fracture Mechanics

      Volume: 95 Pages: 261-269

    • DOI

      10.1016/j.tafmec.2018.03.007

    • Related Report
      2018 Annual Research Report 2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Fracture behavior of nanoscale notched silicon beams by means of the theory of critical distances2017

    • Author(s)
      Pasquale Gallo, Yabin Yan, Takashi Sumigawa, Takayuki Kitamura
    • Journal Title

      Advanced Theory and Simulations

      Volume: - Issue: 1 Pages: 1700006-1700006

    • DOI

      10.1002/adts.201700006

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Influence of crack tip plasticity on the slope of fatigue curves for laser stake-welded T-joints loaded under tension and bending2017

    • Author(s)
      P. Gallo, H. Remes, J. Romanoff
    • Journal Title

      International Journal of Fatigue

      Volume: 99 Pages: 125-136

    • DOI

      10.1016/j.ijfatigue.2017.02.025

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Analysis of multiaxial low cycle fatigue of notched specimens for type 316L stainless steel under non-proportional loading2017

    • Author(s)
      P. Gallo, S. Bressan, T. Morishita, T. Itoh, F. Berto
    • Journal Title

      Theor. Appl. Fract. Mech.

      Volume: 89 Pages: 78-89

    • DOI

      10.1016/j.tafmec.2017.01.009

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2016-11-08   Modified: 2024-03-26  

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