| 研究課題/領域番号 |
05650075
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| 研究種目 |
一般研究(C)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 研究分野 |
機械材料・材料力学
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| 研究機関 | 長岡技術科学大学 |
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研究代表者 |
古口 日出男 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (90143693)
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| 研究分担者 |
矢田 敏夫 千葉工業大学, 工学部, 教授 (20182355)
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| 研究期間 (年度) |
1993 – 1994
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| 研究課題ステータス |
完了 (1994年度)
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| 配分額 *注記 |
2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
1994年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
1993年度: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円)
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| キーワード | ナノスケール / 応力解析 / 界面エネルギ / 境界要素法 / ナノインデンテーション法 / 表面曲率 / 超微粒子 / 複合材料 / 表面応力 / 表面エネルギ / 弾性解析 / 数値解析 / 接触解析 |
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| 研究概要 |
本研究は、マクロな観点からミクロな領域における材料力学を創出し,その領域における応力解析を行うシステムを構築したものである。界面応力を考慮した平衡方程式の導出をあらためて行い、界面あるいは表面に存在する自由エネルギを平衡方程式中に導入した。なお、この方程式は境界の曲率を含んだ非線形なものであり、厳密には数値的に処理する必要がある。しかし、ミクロな構造体の変形・応力分布に対する界面応力の影響は、その方程式を線形化して境界条件式として用いることでもおおよそ推定できる。そこで、導出した境界条件式を線形化した式を用いて、応力解析を行った。ここでは、ナノメータ厚さを有する薄膜をコーティングした半無限弾性体に弾性圧子を押し込むナノインデンテーション試験の解析を行った。その際、表面応力に対する解析対象物の弾性定数および代表寸法の比である無次元パラメータを導入することにより、応力分布の相似則が成り立つ条件を示すことができた。そして、このパラメータを小さくして表面応力の影響を小さくしていくと従来の応力解析結果と一致し、パラメータの値を大きくしていき表面応力の影響を大きくしていくと、変形と応力がともに大きくなっていくことを示した。また、ナノスケール構造体の応力解析システムを境界要素法を用いて構築した。そのシステムを用いた解析例として、ナノスケールの超微粒子を分散した粒子分散複合材料の力学的特性と超微粒子の変形及び応力分布について調べた。解析の結果、粒子サイズが10nm以下になると通常の複合則で予想される力学特性とは大きく異なってくることを示した。また、構造物外部に引張荷重が作用しても、超微粒子内部では界面応力のために圧縮の応力となることがわかった。このことから、超微粒子内部では転位などの欠陥が発生しにくくなり、構造体の変形は界面での滑りなどの機構で進行すると考えられる。
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