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ナノ・メゾスケール域の解析および観察による下限界近傍の高温疲労き裂進展の解明

研究課題

研究課題/領域番号 13450048
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 機械材料・材料力学
研究機関大阪大学

研究代表者

久保 司郎  大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20107139)

研究分担者 辻 昌宏  大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (10132630)
阪上 隆英  大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (50192589)
研究期間 (年度) 2001 – 2003
研究課題ステータス 完了 (2003年度)
配分額 *注記
15,100千円 (直接経費: 15,100千円)
2003年度: 2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
2002年度: 3,900千円 (直接経費: 3,900千円)
2001年度: 9,100千円 (直接経費: 9,100千円)
キーワード高温疲労 / 疲労き裂進展 / 下限界 / 分子動力学 / 破壊力学 / シミュレーション / 疲労き裂伝ぱ
研究概要

本研究の目的は、高温における下限界近傍の疲労き裂進展挙動に対し,分子動力学を用いたナノスケール解析とともに,マクロスケール実験とメゾスケール観察よりアプローチすることにある。
本研究で得られた主な成果を以下に示す.
1.大気中および真空条件下の下限界近傍および下限界以上の領域における高温疲労き裂伝ぱ実験を,ステンレス鋼SUS304に対して行った.真空中のき裂進展抵抗は大気中のそれより大きかった。疲労き裂進展の下限界値ΔK_<th>は,大気中と同様真空中においても,550℃付近で極大値をとることがわかった.応力拡大係数範囲ΔK漸減法により疲労き裂進展下限界値を求めた.き裂進展の下限界現象が認められた後,最大応力拡大係数を上げたところ,再びき裂進展が認められた.この操作を繰り返すことにより,真空中においても真の下限界値というべき値が存在することがわかった.下限界値近傍を除けば,き裂進展速度da/dNとΔKの関係に対する温度の影響は小さかった.
経年劣化材およびNi基超合金に対しても疲労き裂の伝ぱ実験を行った.
メゾスケール観察により,き裂の先端において生じたすべり,塑性変形と,き裂の進展との関連を調べた.
2.分子動力学法を用いて,鉄における下限界近傍の疲労き裂伝ぱのナノスケールシミュレーションを行った.モードIだけでなくモードIIでもき裂進展が認められた.混合モード下のき裂進展方向は,円周方向応力の変動成分が最大となる方向にき裂が進展するという仮説による予測とほぼ一致することがわかった
疲労き裂進展に及ぼす傾角粒界とねじり粒界の影響を調べた.対応傾角粒界のうち,Σ73およびΣ99の小角粒界については,き裂が粒界を越えるものがあったが,Σ9およびΣ11の大角粒界についてはき裂進展阻止効果が大きかった.粒界がき裂に対して90°のねじり粒界ではき裂進展阻止効果が認められた.

報告書

(4件)
  • 2003 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2002 実績報告書
  • 2001 実績報告書
  • 研究成果

    (27件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (27件)

  • [文献書誌] Shiro KUBO: "Molecular Dynamic Study on the Effect of Crystallographic Orientation on Near-Threshold Fatigue Crack Propagation in Iron"Developments in Fracture Mechanics for the New Century, Soc.Mater.Sci., Japan. 122-128 (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 佐藤 晶: "SUS304真空中およびニッケル基超合金の下限界近傍における高温疲労き裂伝ぱ挙動"日本機械学会材料力学部門講演会講演論文集. No.01-16. 283-284 (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 久保司郎: "機器・構造物の保全と破壊力学の役割"フォーラム保全学. 1・2. 103-108 (2002)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Shiro KUBO: "Creep-Fatigue Crack Growth"Comprehensive Structural Integrity, Elsevier. Vol.5. 273-307 (2003)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 南 徳嗣: "SUS304鋼の下限界近傍における真空中高温疲労き裂伝ぱ挙動およびその疲労破面のフラクタル特性"日本機械学会講演論文集. No.034-1. 2-11-2-12 (2003)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 神田剛志: "下限界近傍の各種モード下における疲労き裂進展に対する分子動力学解析"日本機械学会講演論文集. No.034-1. 3-17-3-18 (2003)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 今西康太: "SUS304鋼における下限界近傍の真空中高温疲労き裂伝ぱ挙動"日本材料学会第11回破壊力学シンポジウム講演論文集. 91-96 (2003)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 奥野佳則: "下限界近傍の疲労き裂進展に及ぼす粒界の影響に関する分子動力学解析"日本機械学会第16回計算力学講演会講演論文集. No.03-26. 489-490 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Shiro KUBO: "Molecular Dynamic Simulation of Influence of Crystallographic Orientation and Grain Boundary on Near-Threshold Fatigue Crack Growth in Iron"Proc.Symp.on Mesoscopic Dynamics of Fracture Process and Materials Strength. (掲載予定). (2004)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Shiro KUBO: "Molecular Dynamics Simulation of the Effect of Large Angle and Small Angle Grain Boundaries on the Near-Threshold Fatigue Crack Growth in Iron"Proc.2004 ASME/JSME Pressure Vessels and Piping Conference. (掲載予定). (2004)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Shiro Kubo, Masaki Misaki, Akira Furukawa: "Molecular Dynamic Study on the Effect of Crystallographic Orientation on Near-Threshold Fatigue Crack Propagation in Iron"Developments in Fracture Mechanics for the New Century, Soc. Mater. Sci., Japan. 122-128 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Akira SATO, Shiro KUBO, Masahiro TSUJI, Tokutsugu MINAMI: "A Study on Near-Threshold Crack Growth Behavior at Elevated Temperatures for SUS 304 in Vacuum for MGA1400 in Air"Proc. of the 2003 Annual Meeting of the JSME Materials and Mechanics Division. No.01-16. 283-284 (2001)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Shiro KUBO: "Role of Fracture Mechanics in Maintenance of Structures and Their Components"Forum Maintenology. Vol.1, No.2. 103-108 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Shiro KUBO, Takayuki KITAMURA: "Creep-Fatigue Crack Growth"Comprehensive Structural Integrity. Vol.5. 273-307 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Tokutsugu MINAMI, Shiro KUBO, Masahiro TSUJI, Kouta IMANISHI: "A Study on Near-Threshold Crack Growth Behavior at High Temperatures and Fractal Properties of Fatigue Fracture Surfaces of. SUS 304"Preprint. of Japan Soc. Mech. Engrs.. No.034-1. 2-11-2-12 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Tsuyoshi KANDA, Shiro KUBO, Yoshinori OKUNO: "Molecular Dynamics Simulation of Near-Threshold Fatigue Crack Propagation under Various mode Loading"Preprint of Japan. Soc. Mech. Engrs.. No.034-1. 3-17-3-18 (2003)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kouta IMANISHI, Tokutsugu MINAMI, Masahiro TSUJI, Shiro KUBO: "A Study on Near-Threshold Fatigue Crack Growth Behavior at High Temperature in SUS 304"Proc. of the 11th Symp. on Fracture and Fracture Mechanics, Soc. Materials Sci., Japan. 91-96 (2003)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Yoshinori OKUNO, Shiro KUBO, Tsuyoshi KANDA: "Molecular Dynamics Simulation of the Effect of Grain Boundary on Near-Threshold Fatigue Crack Propagation"Preprint of Japan. Soc. Mech. Engrs.. No.03-26. 489-490 (2003)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Shiro KUBO, Masaki MISAKI: "Molecular Dynamic Simulation of Influence of Crystallographic Orientation and Grain Boundary on Near-Threshold Fatigue Crack Growth in Iron"Proc. IUTAM Symp. on Mesoscopic Dynamics of Fracture Process and Materials Strength. (in press).

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Kubo, M.Misaki: "Molecular Dynamics Simulation of the Effect of Large Angle and Small Angle Grain Boundaries on the Near-Threshold Fatigue Crack Growth in Iron"Proc. 2004 ASME/JSME Pressure Vessels and Piping Conference. (in press).

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    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Shiro KUBO: "Molecular Dynamic Simulation of Influence of Crystallographic Orientation and Grain Boundary on Near-Threshold Fatigue Crack Growth in Iron"Proc.Symp.on Mesoscopic Dynamics of Fracture Process and Materials Strength. (掲載予定). (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 今西康太: "SUS304鋼における下限界近傍の真空中高温疲労き裂伝ぱ挙動"日本材料学会第11回破壊力学シンポジウム講演論文集. 91-96 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 奥野佳則: "下限界近傍の疲労き裂進展に及ぼす粒界の影響に関する分子動力学解析"日本機会学会第16回計算力学講演会講演論文集. No.03-26. 489-490 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Shiro KUBO: "Molecular Dynamics Simulation of the Effect of Large Angle and Small Angle Grain Boundaries on the Near-Threshold Fatigue Crack Growth in Iron"Proc. ASME/JSME Pressure Vessels and Piping Conference. (掲載予定). (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 南 徳嗣: "SUS304鋼の下限界近傍における真空中高温疲労き裂伝ぱ挙動およびその疲労破面のフラクタル特性"日本機械学会関西支部第78期定時総会講演会講演論文集. (掲載予定). (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 神田 剛志: "下限界近傍の各種モード下における疲労き裂進展に対する分子動力学解析"日本機械学会関西支部第78期定時総会講演会講演論文集. (掲載予定). (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Shiro Kubo: "Molecular Dynamic Study on the Effect of Crystallographic Orientation on Near-Threshold Fatigue Crack Propagation in Iron"Developments in Fracture Mechanics for the New Century. 122-128 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書

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公開日: 2001-04-01   更新日: 2016-04-21  

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