| 研究課題/領域番号 |
17H03138
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
機械材料・材料力学
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
祖山 均 東北大学, 工学研究科, 教授 (90211995)
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| 研究分担者 |
伊賀 由佳 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (50375119)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2019年度)
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| 配分額 *注記 |
18,200千円 (直接経費: 14,000千円、間接経費: 4,200千円)
2019年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2018年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2017年度: 12,220千円 (直接経費: 9,400千円、間接経費: 2,820千円)
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| キーワード | 機械的表面改質 / キャビテーション / レーザ / ３次元積層造形材 / 表面力学設計 / ピーニング / 3次元積層造形材 / 疲労 / ３次元積層材 / 3次元積層材 |
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| 研究成果の概要 |
本研究では，水中に置いた金属材料表面へのパルスレーザ照射時に発生するアブレージョンの後に発生する気泡（レーザキャビテーション）に着目し，レーザキャビテーションの圧潰時に生じる衝撃力を活用する機械的表面改質を構築した。通常の水中レーザピーニングではアブレージョンによる衝撃力を用いるが，本研究では，加工条件の最適化によりレーザキャビテーションの衝撃力を強力化して，チタン合金製3次元積層造形材に適用し，疲労強度を2倍に向上できることを実証した。また，本機械的表面改質により，従来の水膜レーザピーニングより半分以下のエネルギーで，かつ半分以下のパルス密度で疲労強度を同程度以上に向上できることを実証した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
学術的意義としては，独自に開発した荷重制御型平面曲げ式疲労試験機により，機械的表面改質による疲労強度向上における疲労亀裂の発生と疲労亀裂進展の影響を明らかにした。
社会的意義としては，金属製3次元積層造形材は，CADデータから直接造形できる，リードタイムが少ない，材料のロスが少ない，トポロジ最適化の形状を創成できるなどの利点があり，生体用インプラントや航空機部品への適用が期待されているが，疲労強度がバルク材よりも極端に小さいとの弱点がある。本機械的表面改質により，バルク材と同程度に疲労強度を向上できるので，本研究は金属製3次元積層造形材の実用化に貢献できる。
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