Research on cyclic stress measurement method using metal foil applying XRD analysis

• Project/Area Number: 20K04239
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 18040:Machine elements and tribology-related
• Research Institution: Tottori University
• Principal Investigator: Ono Yuichi 鳥取大学, 工学研究科, 教授 (50335501)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 森戸 茂一 島根大学, 学術研究院理工学系, 教授 (00301242)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2020: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
• Keywords: 応力・ひずみ測定 / 実験応力解析 / 金属疲労 / めっき法 / 応力・ひずみ計測

Outline of Research at the Start

本研究では，金属薄膜として銅薄膜とニッケル薄膜を対象とし，種々の応力条件で発生した成長粒子をXRD法により解析し，ロットゲーリングファクターを計算する．このロットゲーリングファクターと二軸応力比との関係を調査し，主応力測定の較正式を導出する．初年度は，銅薄膜を対象とし，ロットゲーリングファクターの二軸応力比依存性を調査する．また，得られた結果の妥当性を検討するために，成長粒子の結晶方位をEBSD法により解析する．二年目はニッケル薄膜を対象とし，同様の調査を実施する．三年目は，本手法に及ぼす雰囲気温度の影響を調査し，較正式の温度依存性について調査する．

Outline of Final Research Achievements

A new principal stress measurement method was proposed using the crystallographic features of grains grown by cyclic loading of electrodeposited metal foils (copper and nickel foils). That is, the grown grains were analyzed by the XRD method and quantified by the Lotgering factor, and a calibration equation for principal stress measurement was established. This method is effective for stress measurement in microscopic areas such as stress concentration points.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

繰返し負荷により金属薄膜に発生する成長粒子をXRD法により詳細に解析した報告はこれまでになく，配向性が二軸応力に依存するという新たな知見が得られた．この結果はEBSD法により解析した結果とよく一致しており，妥当な結果であるといえる．この結晶学的特徴を応力測定に応用するという考え方が独創的であり，新規性があると考えられる．また，応力集中箇所などの微視的領域の繰返し応力を本手法により計測できるようになれば，安全・安心な機械の設計に貢献できるので，社会的意義も高いと言える．

Research Products

• [Presentation] 電着銅薄膜に発生する成長粒子のXRD解析を利用した主応力測定法 (2023)
  • Author(s): 小野勇一，程 可，山本雄太
  • Organizer: 日本非破壊検査協会第53回応力・ひずみ測定と強度評価シンポジウム
• [Presentation] XRD 法を利用した電着金属薄膜による繰返し二軸応力測定法 (2023)
  • Author(s): 山本雄太，程 可，谷村拓海，福田晟也，小野勇一
  • Organizer: 日本機械学会中国四国支部第61期総会・講演会
• [Presentation] Biaxial Stress Measurement using Electrodeposited Copper Foil (2022)
  • Author(s): K. Cheng, Y. Yamamoto, T. Tanimura and Y. Ono
  • Organizer: IWAEM'22
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Cyclic Stress Measurement using XRD Analysis of Grains in Electrodeposited Copper Foil (2022)
  • Author(s): K. Cheng, Y. Yamamoto, T. Tanimura and Y. Ono
  • Organizer: ICMR2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] XRD法を利用した電着銅薄膜による繰返し主応力測定法 (2022)
  • Author(s): 山本雄太，谷村拓海，程 可，小野勇一
  • Organizer: 日本実験力学会2022年度年次講演会
• [Presentation] 電着銅薄膜を用いた繰返し応力測定法（X線回折環を用いた主応力の測定） (2022)
  • Author(s): 山本雄太，和泉周良，小野勇一
  • Organizer: 応力・ひずみ測定と強度評価シンポジウム
• [Presentation] 電着金属薄膜を用いた繰返し応力測定法（XRD法を用いた主応力測定） (2022)
  • Author(s): 和泉周良, 山本雄太, 谷村拓海, 小野勇一
  • Organizer: 日本機械学会中国四国支部第60期総会・講演会
• [Presentation] XRD 法を利用した電着銅薄膜による繰返し二軸応力測定法 (2021)
  • Author(s): 和泉周良，山本雄太，小野勇一
  • Organizer: 2021年度 非破壊検査総合シンポジウム講演概要集