マイクロビームX線応力評価に基づく微小疲労き裂進展機構のマイクロ破壊力学的研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13305011
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 田中 啓介 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (80026244)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐藤 一雄 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (30262851) ; 坂井田 喜久 静岡大学, 工学部, 助教授 (10334955) ; 秋庭 義明 名古屋大学, 工学研究科, 助教授 (00212431) ; 田中 拓 神戸大学, 工学部, 助教授 (80236629) ; 來海 博央 名古屋大学, 工学研究科, 助手 (30324453)
• Keywords: 疲労 / き裂 / 複合材料 / X線応力測定 / 破壊力学 / マイクロビームX線 / 微視機構 / マイクロメカニックス

Research Abstract

1.強力X線発生装置を使用し,X線の検出器として位置敏感型検出器を併用することからマイクロビームX線応力測定システムを構築し,100ミクロンオーダの領域の応力測定が高精度に測定可能であることを確認した.さらに,サブミクロンオーダの薄膜に対しても,低角入射X線回折法を用いてIn-Planeのひずみ測定を可能にした.
2.放射光Spring-8において,鋭い切欠き近傍の微小領域の応力測定を行い,高精度の応力測定が可能であることを実証し,微小な領域の応力測定法の開発への基礎を築いた.
3.種々の結晶粒径の鉄鋼材料における疲労き裂発生の微視的過程を,電子線後方散乱(EBSP)による結晶方位の同定,および原子間力顕微鏡による表面のナノオーダでの凹凸の変化を検出した.これより,1ミクロン程度の超微細粒の場合は,10数ミクロンの通常の結晶粒の場合とは異なり,複雑なすべり変形を伴った結晶粒界がき裂発生起点となることが明らかとなった.
4.超微細粒における疲労において,き裂は結晶粒界の当たったときにき裂分岐を起こし,き裂閉口の増大をもたらすことを明らかにし,このことがこのことが微細粒であるにもかかわらずき裂進展抵抗が高いことの原因であることを示した.
5.微小疲労き裂の進展および停留に対する材料の結晶粒界などの微視構造の影響を阻止すべり帯でモデル化したが,このモデルにき裂閉口の影響を組み入れることに成功した.この発展させたモデルを基に,き裂進展のシュミュレーションを行い,疲労限度における微視き裂の停留の要因として,微視的障害およびき裂閉口の相対的な重要性が明らかとなった.
6.疲労き裂のすべり変形を,離散転位モデルを使用することによりき裂進展シミュレーションを行い,進展下限界近傍のき裂の停留現象をより物理的根拠に基づいて導出することに成功した.また,このモデルをさらに,強化粒子含む複合材料に適用するための端緒を得ることが出来た.

Research Products

• [Publications] Yoshiaki Akiniwa: "Analysis of Crack Closure Behavior of Small Fatigue Cracks Interacting with Grain Structure"Material Science Research International. STP No.1. 64-69 (2001)
• [Publications] Hidehiko Kimura: "Atomic Force Microscopic Observation of Fatigue Crack Initiation in Ultrafine-Grained Steel"Material Science Research International. STP No.1. 117-122 (2001)
• [Publications] Yoshiaki Akiniwa: "Microstructural effects on crack closure and propagation thresholds of small cracks"Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures. 24・12. 817-830 (2001)