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

2003 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) ; 木村 英彦 名古屋大学, 工学研究科, 助手 (60345923) ; 來海 博央 名城大学, 理工学部, 講師 (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 / 破壊微視機構 / マイクロメカニックス

Research Abstract

1.セラミックスの繰返し荷重下でのき裂進展に大きな役割を有するき裂先端近傍の応力分布を、放射光を利用して鋭い切欠き応力集中部の応力マッピングの計測に成功した。
2.長繊維強化複合材料(SiC繊維強化チタニウム合金)の疲労き裂に対して、き裂近傍のき裂架橋応力の測定を放射光X線を利用してすることに成功した。この架橋応力測定を基に疲労き裂進展を予測することが可能であった。
3.予き裂に混合モード負荷したときのき裂進展挙動を検討することから、混合モード下においては、疲労き裂の閉口を考慮したときの最大接線応力幅クライテリオンに沿って進展していることが明らかになった。
4.微小疲労き裂近傍の微視組織の観察手段として、原子間力顕微鏡(AFM)および電子線後方散乱(EBSP)を導入した。AFM観察により、疲労に伴う表面の凹凸の変化挙動の変曲点としてき裂の発生が観察された。また、EBSPによってき裂近傍の結晶方位を明らかにして、結晶学的な点から疲労き裂の発生条件の検討を行い、き裂発生に対する結晶学的条件を明らかにした。上記の研究において、EBSPが従来のように結晶単位での方位だけではなく、数ミクロンオーダーでの領域の方位差(ミスオリエンテーション)を検出する手段としても、非常に有力であることが判明した。
5.形状記憶合金TiNiにおいては、き裂先端での変態によって進展挙動が加速あるいは減速される。この役割を明らかにするため、X線法のほか、中性子回折およびEBSPを利用して変態状況の観察を行った。
6.微小疲労き裂進展挙動に及ぼす微視組織障害およびき裂閉口の果たす役割を、理論的に検討した。これより、材料の障害の強さおよび材料の降伏応力に依存して、この役割が異なることを示し、これをもとに高疲労強度材料を設計する指針を得た。さらに、き裂先端での変態挙動あるいはドメインスイッチングの効果のモデル化を検討した。

Research Products

• [Publications] 坂井田 喜久: "シンクロトロン放射光によるアルミナのき裂先端近傍の局所応力のその揚測定"材料. 52・10. 1225-1230 (2003)
• [Publications] Keisuke Tanaka: "Fatigue Crack Propagation"Comprehensive Structural Integrity. 4. 165-190 (2003)
• [Publications] Keisuke Tanaka: "Modeling of fatigue Crack Growth : Mechanistic Models"Comprehensive Structural Integrity. 4. 207-217 (2003)
• [Publications] Keisuke Tanaka: "Fatigue Crack Propagation from a Pre-Crack under Combined Torsional and Axial Loading"Proceedings of Advanced Technology in Experimental Mechanics, ATEM03. OS11W0458 (2003)
• [Publications] Yuuya Yoshida: "Fatigue Crack Propagation and Stress-Induced Martensitic Transformation Behavior in TiNi"Proceedings of Advanced Technology in Experimental Mechanics, ATEM03. GSW0439 (2003)
• [Publications] Hidehiko Kimura: "Investigation of fatigue Crack Propagation Behavior in Ultrafine-Grained Steel by AFM and EBSP"Proceedings of Advanced Technology in Experimental Mechanics, ATEM03. OS05W0460 (2003)