2021 Fiscal Year Annual Research Report
Virtual testing of self-healing ceramics toward backcasting-material design
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19K04088
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
尾崎 伸吾 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (20408727)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 自己治癒材料 / セラミックス / 有限要素法 / 計算力学 / 極値統計 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，自己治癒セラミックスの社会実装を達成するために，構造部材としての要求性能と材料の微視組織条件との関連付けを行うことのできるバックキャスティング型材料設計スキームの確立を目指すものである．その実現のため，最終年度までに，損傷―自己治癒構成モデル”および“破壊統計の数値解析手法”に関するバーチャルテスト（仮想数値実験）の方法論を構築した．
まず，損傷―自己治癒構成モデルを実装した有限要素解析手法を確立した．自己治癒セラミックスでは，炎症・修復・改変期を通し，酸化生成物によるき裂充填機能と治癒部の高強度化を達成している．本現象を状態変数の発展則として組み込むにあたり，アレニウス式およびワグナー則に従った酸化反応速度論を採用した．これより，変動する温度・酸素分圧環境下での強度回復挙動の高精度シミュレーションを可能とし，その成果を論文としてまとめた（論文１）．さらに，自己治癒セラミックスの強度回復の程度を定量的に評価するための逆解析手法を提案するとともに，シェブロンノッチを有する試験片の解析モデルを構築し，その有効性を確認した．
自己治癒シミュレーションと同時並行で，焼結条件を制御したアルミナの強度試験と組織観察を実施した．また，3水準の焼結温度条件下および3種類の試験片サイズでのワイブル分布を取得し，有限要素解析に基づく破壊統計の予測精度の検証を繰り返した．さらに，極値統計の考え方を導入し，CTによる組織観察データを効率的かつ高精度に確率密度関数で近似するための方法論を構築した．最終的に構造部材としての要求性能と微視組織条件との関連付けを行えていることを実証し，論文としてまとめた（論文2）．
以上より，任意の部材を対象に，要求性能を満足し得る微視組織条件をバックキャストし，組織設計・制御指針，自己治癒エージェントの選定・複合指針の導出を可能とした．
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Research Products
(7 results)
