先進工業材料における実働荷重下の累積疲労損傷機構の解明

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06452149
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 城野 政弘 大阪大学, 工学部, 教授 (20029094)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 菅田 淳 大阪大学, 工学部, 助教授 (60162913)
• Keywords: 先進工業材料 / セラミックス / 金属基複合材料 / 実働荷重 / 疲労強度 / 疲労き裂進展 / 微視的直接観察 / 画像処理

Research Abstract

既設のパーソナルコンピュータに画像計測用処理ボードを組込みCCDカメラならびに電界放射型走査電子顕微鏡による直接観察像の取込みを行うとともにエンジニアリングワークステイション上での画像処理ソフトウェアの開発を行い、疲労き裂発生点ならびにき裂先端近傍の荷重変動に伴う変形の変化をオンラインならびにオフラインで微視的に連続計測することを可能とした。3%けい素鋼板を用いた高-低2段変動荷重下でのき裂進展の遅延挙動は、微視き裂の屈曲、分岐と強く関連しており、そのため巨視的な力学パラメータである有効応力拡大係数などでは進展挙動の評価は出来ず、微視的なき裂先端開口変位が定量的な評価パラメータとして適当であることを明らかにした。また、定常な変動荷重下で進展するき裂先端の微視的変形は結晶のすべり方位とほぼ一致した方向に大きく、ひずみ分布はなだらかな変化を示したのに対し、高-低2段変動など非定常な変動荷重では上記のような分岐、屈曲に対応してひずみ分布は複雑な様相を示した。Al-Si粉末合金ならびにSi粒子強化金属基複合材料を用いた疲労き裂発生、微視き裂の進展挙動の観察からは、疲労挙動が強化粒子の状態に大きく依存し、粒子がき裂発生起点となり疲労強度を低下させる場合や逆にき裂進展を阻止する場合のあることを見いだした。また、き裂閉口の充分発達していない極微小き裂では荷重変動が必ずしもき裂進展の遅延を引き起こさないようであることも示唆された。セラミックス材料を用いた高-低2段繰返し変動荷重試験では、金属系材料とは異なり長いき裂においてもき裂進展の加速が観察された。これは高レベル荷重によりブリッジングが壊されるためと考えられるが、本材料ではき裂進展速度がK値のわずかな変動に対し極めて敏感に変化するのでなお詳細な実験と観察が必要である。

Research Products

• [Publications] 菅田淳: "Al-15Zn粉末冶金合金における表面微小疲労き裂の発生および進展挙動" 材料. 43巻. 1251-1257 (1994)
• [Publications] 城野政弘: "SiC粒子強化アルミニウム基複合材料における表面微小疲労き裂の発生および進展挙動" 日本材料学会第43期学術講演会講演論文集. 169-170 (1994)
• [Publications] 菅田淳: "窒化けい素における変動荷重下の疲労き裂進展挙動" 日本材料学会第22回疲労シンポジウム講演論文集. 41-44 (1994)
• [Publications] 菅田淳: "直接観察と画像処理による変動荷重下の疲労き裂進展機構の研究" 日本機械学会 材料と構造物の強度と破壊シンポジウム 講演論文集. 126-133 (1994)
• [Publications] 城野政弘: "変動荷重下の疲労き裂進展挙動の動的直接観察と画像処理解析" 日本機械学会関西支部第70期定時総会講演会論文集. 954-1. (1995)
• [Publications] 城野政弘: "Ti-6Al-4V合金における2段繰返し変動荷重下のき裂開閉口挙動と疲労き裂進展特性" 日本機械学会関西支部第70期定時総会講演会論文集. 954-1. (1995)