2015 Fiscal Year Annual Research Report
金属ナノ材料を対象とした共振疲労試験手法の開発と疲労損傷メカニズムの解明
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26630009
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
澄川 貴志 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80403989)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 疲労 / ナノ / マイクロ / 両振り / 共振 / 高サイクル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
[1] 前年度作製したものと同じ結晶方位且つ寸法の異なる金単結晶試験片を複数本作製し、変位振幅一定の共振疲労試験を実施した。試験部に生じる応力値は、実験で得られる変位振幅をもとに力学解析を用いて算出した。疲労試験後の試験部表面にはナノレベルの微細な突き出し/入り込みが発生しており、その幅は、試験片寸法に比例して減少することを明らかにした。また、その形成のための応力振幅も寸法依存性を有しており、試験片寸法の減少とともに上昇することを示した。さらに別途、試験片に対する引張試験を行い、降伏強度を得た。引張試験で得られた降伏応力と疲労試験で疲労損傷（突き出し/入り込み）が形成される応力振幅はほぼ一致したことから、降伏応力と形成応力が大きく異なるマクロ材での突き出し/入り込みとは異なる形成メカニズムを有することを明らかにした。
[2] 銅ナノ多結晶薄膜が高剛性材料（シリコンと窒化ケイ素）に拘束されたナノ試験片を作製し、共振疲労試験を行った。別途切り出した金製の錘を試験片先端に取り付けることで、試験片の共振周波数の低減を行った。ナノ多結晶の微視的情報（結晶粒形状および結晶方位）を考慮に入れた力学解析を実施し、突き出し/入り込みの形成はナノレベルの局所応力場に支配されていることを明らかにした。また、突き出し/入り込みが異材界面に衝突することによって疲労き裂を形成する現象を示した。
[3] 共振疲労試験における問題点を抽出し、引張・圧縮疲労試験手法を開発して走査型電子顕微鏡内にて実験を行った。突き出し/入り込みのできる様子のその場観察およびそれに対応した荷重－変位曲線の取得に成功した。
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