ナノビーチマーク法によるギガサイクル疲労の定式化

研究課題

研究課題/領域番号	15K05705
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
研究分野	機械材料・材料力学
研究機関	国立研究開発法人物質・材料研究機構
研究代表者	古谷佳之国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点疲労特性グループ, 主幹研究員 (60354255)
研究期間 (年度)	2015-04-01 – 2017-03-31
研究課題ステータス	中途終了 (2016年度)
配分額 *注記	4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円) 2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円) 2016年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円) 2015年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワード	疲労 / ギガサイクル疲労 / 介在物 / 高強度鋼 / 内部き裂
研究実績の概要	高強度鋼では介在物を起点とした内部破壊が生じ、ギガサイクル疲労（疲労限の消滅）が生じる。この場合、疲労強度を定量的に推定するためのモデリングは不完全である。このようなモデリングを行う際にはき裂伝ぱ支配説に基づく事が合理的であるが、それを支持する具体的な証拠は得られていない。き裂伝ぱ支配説を検証するためには、内部き裂の伝ぱ挙動を観察・解明する必要がある。そこで、先の研究（科研費23760106）ではナノビーチマーク法による内部き裂伝ぱの可視化技術を確立した。本研究では、この技術を用いて内部き裂伝ぱ速度を実測してき裂伝ぱ支配説の妥当性を実証すると同時に、蓄積した過去のデータを用いて広範な材料・条件についてギガサイクル疲労強度の予測式を導出することを目的とした。初年度の研究計画は、内部き裂伝ぱ速度の実測とき裂伝ぱ支配説の妥当性の実証であった。内部き裂伝ぱ速度を実測した結果、発生初期の内部微小き裂が通常の内部き裂とは異なる伝ぱ挙動を示すと同時に、き裂伝ぱ支配説を仮定した場合と同等の伝ぱ速度を示すことが分かった。すなわち、き裂伝ぱ支配説の妥当性が実証された。更には、モデリングの検討も行い、内部微小き裂の伝ぱ挙動を表現できる新しいモデルも構築した。次年度の研究計画は、過去の研究で蓄積したデータを用いてモデルの各パラメータを算出することにより、最終的な疲労強度の予測式を得ることであった。それに対して、６材種で２条件について予測式を得るという成果を得た。また、研究の過程において疲労限の存在が示唆され、10^11回までの疲労試験（約３ヶ月を要する）により実証できる可能性があることが分かった。そこで、10^11回疲労試験にも新たに着手したが、研究期間を短縮したためこの部分は未完である。このように、本研究では当初目標を達成することができたと同時に、次の研究へと繋がる知見も得られた。