2003 Fiscal Year Annual Research Report
超高分解能シンクロトロン放射光CTによる局所き裂進展駆動力の3Dその場評価の実現
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15560606
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
戸田 裕之 豊橋技術科学大学, 工学部, 助教授 (70293751)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小林 俊郎 豊橋技術科学大学, 副学長 (90023324)
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| Keywords | シンクロトロン放射光 / マイクロトモグラフィー / 三次元観察 / き裂進展駆動力 / アルミニウム合金 / 損傷 / その場観察 / 屈折コントラスト法 |
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| Research Abstract |
疲労亀裂を含む標準サイズの試験片(材質:2024Al合金)より断面0.8mm角の微小試験片を切り出した。シンクロトロン放射光施設のビームラインで2048^2画素のCCDを用い、本年度に設計・試作・調整した専用特殊小型試験機(荷重フレームに透明なエンプラの筒を用いる特殊構造を有する)により繰り返し負荷中の亀裂開閉口挙動をvoxel size 0.7μmでその場観察した。亀裂先端近傍で弾性応力場内にある微小ポアを抽出し、その重心位置の変位を元に、亀裂前縁に添うモードI、II、IIIの亀裂進展駆動力:k_I、k_<II>、k_<III>を評価した。本年は、上記のデータを利用し、アルミニウム合金中を進展する疲労亀裂の進展駆動力を、三次元かつ局所的にマッピングできることを確かめた。この観察では、サブミクロンの空間分解能(voxel size)を達成し、かつフレネル回折によるエッジ強調画像を利用した。
材料中には通常の断面観察で見逃される微小ポアが多数確認できた。ポアの変位から計算したk_I、k_<II>、k_<III>は、一見ばらつきが大きい様に見える。しかし、三次元画像の解析、Ray casting法による局所的な亀裂開口変位との対応などにより、亀裂の分岐、局所的な閉口、偏向などによって局所的に影響を受けた結果と判明した。前回の報告では、従来の外部からの測定や単純な力学モデルとは異なる連続的な亀裂開閉口挙動が観察された。これと対応するように、進展駆動力の変化も、ほとんどの測定点で単調かつ直線的であった。ただし、亀裂先端近傍に閉口部が存在する場合、この影響で進展駆動力の減少が認められた。また、亀裂先端近傍と、より離れた位置の二つのき裂閉口部の影響が重なって現れる様な特殊な場合も認められた。
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[Publications] 戸田裕之, 小林俊郎, 大垣智巳: "高分解能X線CTによる可視化技術の進歩:材料内部の局所力学量のin-situ測定への応用"材料試験技術. Vol.48 No.1. 5-10 (2004)
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[Publications] K.H.Khor, H.Toda, J.-Y.Buffiere, W.Ludwig, H.S.Ubhi他: "In-situ high resolution synchrotron X-ray tomography of crack closure micromechanisms"Journal of Physics : Condensed Matter. (印刷中). (2004)
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[Publications] H.Toda, I.Sinclair, J.-Y.Buffiere, E.Maire, K.H.Khor, P.Gregson, T.Kobayshi: "Proposal of 3D high-density measurement procedure of internal local crack driving forces by sub-micrometer resolution synchrotron X-ray microtomography"Acta Materialia. Vol.52 No.5. 1305-1317 (2004)
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[Publications] K.H.Khor, M.Joyce, T.Connolley, H.Toda, I.Sinclair, E.Maire, J.-Y.Buffiere: "Synchrotron Microtomography of Fatigue Crack Closure"2002 ESRF Scientific Highlights. 79-80 (2003)
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[Publications] H.Toda, I.Sinclair, J.-Y.Buffiere, E.Maire, T.Connolley, M.Joyce他: "Assessment of fatigue crack closure phenomenon in damage tolerant aluminium alloy by in-situ high-resolution synchrotron X-ray microtomography"Philosophical Magazine A. Vol.83 No.21. 2429-2448 (2003)
