2000 Fiscal Year Annual Research Report
材料の破壊挙動解明への微視的アプローチの適用に関する研究
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10450383
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| Research Institution | University of Tokyo |
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Principal Investigator |
吉成 仁志 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (20167737)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
金田 重裕 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (90010892)
影山 和郎 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (50214276)
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| Keywords | 3%Si鋼 / 疲労き裂伝播 / 活動すべり系 / 結晶粒界 / 分子動力学 |
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| Research Abstract |
本年度は、bcc金属の疲労き裂伝播挙動の詳細を検討するため、3%Si鋼(bcc系)を用いた疲労き裂伝播試験を実施した。一方で、分子動力学(MD法)によるシミュレーションを行い、実験との整合性や粒界の影響のメカニズムも調べた。
その結果、以下の成果を得た。
1)fcc(銅単結晶材)においても、bcc(3%Si鋼材)においても、疲労き裂先端の塑性域内では結晶固有のせん断応力が卓越するすべり系上ですべりが生じており、そのすべりが連続して生じることによってき裂が形成されるというき裂伝播のメカニズムは、Neumannモデルを3次元的に拡張することによって説明することができる。
2)bccにおいても、fccと同様に、活動すべり系の荷重軸に対する位置関係によって疲労き裂伝播様相(速度、経路)を説明できると考えられる。
3)粒界をまたぐき裂伝播において、前後の結晶方位に比較的大きい差がある場合は、き裂先端の塑性域が粒界にさしかかるあたりからき裂伝播速度に一時的な遅延が見られ、破面にもその影響が観察された。
また、分子動力学計算からは、
1)実験と結晶方位を合わせてMD法による計算を行なった結果、疲労破壊実験の「疲労破壊ではSchmid因子の大きなすべり系を選択して伝播する」という成果の裏付けをすることができた。2)粒界を挟む2つの結晶の方位差が小さい場合には、外部からの力に対する緩和現象に続いて粒界が消えてしまうことがわかった。このことは実験では観察しきれなかったことであり、MD法を用いた原子レベルでの挙動解析により実験結果を解析できる可能性を示せた。
2)粒界を挟む2つの結晶の方位差が非常に大きい場合には粒界前結晶と粒界後結晶の間ですべりが継承されない場合があることがわかった。
以上の成果は、疲労破壊の微視的メカニズムを探る上で極めて大きな前進と考えられる。
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