2011 Fiscal Year Annual Research Report
多結晶金属材料の微視的不均質性評価による乱雑さと変形・損傷の相関
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22560080
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
今谷 勝次 京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (70191898)
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| Keywords | 機械材料・材料力学 / 金属材料 / 連続体力学 / 不均質力 / 多結晶体 / 有限要素法 / 表面粗面化 / 界面剥離 |
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| Research Abstract |
多結晶金属材料の不均質性を定量的に評価する手法を確立することを目的として,形態力に基づく不均質力を数値的に解析するアルゴリズムを構築し,当該年度では界面での不均質力の理論的解析的評価を試みた.問題を簡単にするために,明確な界面構造を持つ表面被覆材料を取り上げ,界面での不均質力の発達を検討した.さらに多結晶金属材料の表面の粗面化(凹凸)現象を実験的に検討し,材料不均質性が粗面化に与える影響を検討した.得られた主な成果は以下のとおりである.(1)不均質力は破壊力学におけるJ積分を一般化したものであり,形態の不均質性としてき裂があるの場合にはJ積分に一致する.表面が被覆されている材料では,界面に垂直な方向に生じる成分が大きいが,これは必ずしも界面剥離を意味するものではない.界面におけるわずかな凹凸や結晶の不整合によって,界面に水平な方向への不均質力が発達し,界面剥離の原因となると推察できる.被膜構造の変形モードと不均質力の相関によって界面剥離が把握できるのではないかと考えられる.(2)上述のアルゴリズムを一般の多結晶体における不均質力評価に適用するためには,界面だけではなく稜線および角点における不均質力を解析する必要がある.これらの導出方法についての基本的なコード化を行い,数値解析によって妥当性を確認するとともに,多結晶体の非一様変形および損傷の蓄積を評価する.
(3)多結晶金属材料の表面粗面化現象を実験的に検討し,表面での凹凸の発展と材料種類の影響を確認した.以前に行った炭素鋼に加えてアルミニウムならびに銅試料での実験から,材料に関わらず(すなわちb.c.c.あるいはf.c.c.に関係なく)結晶粒径の15倍程度の大きさのスペクトルを持った大きなうねりが観察されることを示した.今後は,結晶粒径を変えた試験を行い,粗面化現象の解明と不均質力の相関について検討する予定である.
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当該年度に界面での不均質力評価のアルゴリズムを作成しており,き裂の場合には破壊力学におけるJ積分と等価であることを理論的にも解析的にも示すことができた.その途中で稜線や角点における数値解析手法についても検討を行った.その結果に基づいて立体角を用いたアルゴリズムの構築を進めており,これによって初期の目標である面/線/点における不均質力を統一的かつ総合的に検討できると考えているため.
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| Strategy for Future Research Activity |
実験的な挙動との対応関係を検討するためには,角点や稜線近傍における変形の集中と数値的に算出される不均質力との対応をいかに定量化するかが問題となると考えている.当面は顕微鏡観察によってひずみ集中を計測する予定であるが,別途合理的な実験評価手法がないかどうかの検討を進める必要があると考えている.
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Research Products
(2 results)
