| 研究課題/領域番号 |
19H00834
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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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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| 審査区分 |
中区分26:材料工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構 |
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研究代表者 |
木村 正雄 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 教授 (00373746)
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| 研究分担者 |
丹羽 尉博 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 助教 (00743709)
大林 一平 岡山大学, AI・数理データサイエンスセンター, 教授 (30583455)
武市 泰男 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (40636461)
渡邊 稔樹 京都大学, 人間・環境学研究科, 特定助教 (90851428)
中島 健 島根大学, 学術研究院機能強化推進学系, 助教 (60935401)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
45,890千円 (直接経費: 35,300千円、間接経費: 10,590千円)
2023年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
2022年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
2021年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
2020年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円)
2019年度: 18,200千円 (直接経費: 14,000千円、間接経費: 4,200千円)
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| キーワード | X線顕微鏡 / X-CT / 顕微分光 / CFRP / パーシステントホモロジー / 機械学習 / き裂 / 複合材料 / 放射光 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
CFRP(炭素繊維強化樹脂)等の航空機用複合材料の多くは本質的に欠陥や亀裂が内在する。従来の材料力学では「既在の亀裂が成長して材料破壊につながるかどう」が主に扱われ、欠陥の発生そのものをナノスケールで研究した例は少ない。
そこで、X線顕微鏡による多次元 (＝空間＋エネルギー＋時間) 観察技術を確立し、応力印加条件下で亀裂がいつ どこで発生するのかをナノスケールで解明する。計測と情報科学の融合により顕微ビッグデータに内在する情報をフルに引き出し、過去知見や経験に依存する従来法とは本質的に異なる多次元(4D/5D)顕微鏡鏡による新たな学術的アプローチを提供し、航空機用複合材料の高機能化に資する。
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| 研究成果の概要 |
X線顕微鏡による4次元/5次元観察技術(空間(2D or 3D)＋エネルギー＋時間)を確立し、応力印加条件下で亀裂がいつ、どこで発生するのかをナノスケールで解明することに成功した。本技術を航空機用複合材料であるCFRP(炭素繊維強化樹脂)に適用し、(i)樹脂内でのき裂発生と、(ii)炭素繊維/樹脂界面での剥離、という2つのメカニズムが競合して、ナノスケールで亀裂が発生すること解明した。その具体的な亀裂の発生起点は、炭素繊維の配列乱れにより決まることを発見した。さらに炭素繊維の配列乱れを定量化する方法として、パーシステントホモロジを用いた位相的データ解析を活用した新たな手法を開発した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本課題で確立したX線顕微鏡による4次元/5次元観察技術は、従来観察することができなかった「き裂の発生」そのものをナノスケールで解明し、そのマイクロメカニックスの観点からき裂発生のメカニズムを初めて提案した点で学術的かつ工学的なに非常に意義が大きい。さらに本課題で提案した、X線顕微鏡計測と数理科学・情報科学の融合した解析手法は、ビッグデータに内在する情報をフルに引き出す新たなアプローチとして、様々な観察法や材料への展開が期待できる。
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