| 研究課題/領域番号 |
22K03812
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分18010:材料力学および機械材料関連
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| 研究機関 | 佐賀大学 |
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研究代表者 |
武富 紳也 佐賀大学, 理工学部, 准教授 (20608096)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | き裂 / 破壊力学 / 離散構造 / 第一原理計算 / 表面反応 / 計算力学 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
巨視き裂に対して構築された破壊力学では，き裂先端の取り扱いが長年の課題となっている．本研究ではまず，エネルギー要件と応力要件を同時に満足した新しい脆性き裂成長条件を定式化する．さらに，き裂先端の微視的離散構造の影響を考慮した定式化も行い，Lattice Trapping現象の発現条件とその規模を明らかにする．さらに，き裂先端の新生表面と酸素の反応によって生じる化学的き裂開口挙動について明らかにする．これら微視的離散構造と表面反応の影響を，本研究で開発する脆性き裂成長条件に取り込むことで，き裂先端を考慮した脆性き裂成長条件を導出する．
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| 研究実績の概要 |
巨視き裂に対して構築された破壊力学では，き裂先端の取り扱いが長年の課題となっている．一方で，脆性き裂進展にはエネルギー要件と応力要件の双方を満足する必要がある．本研究ではまず，エネルギー要件と応力要件を同時に満足した新しい脆性き裂成長条件の定式化を試みた．両要件を満足する脆性き裂成長要件式を構築し，その妥当性について原子モデルを用いた脆性き裂成長シミュレーションと比較を行った．特にき裂先端の離散構造に起因する現象について検討を進めている．
また，古典破壊力学では考慮できていない，き裂先端の新生面へ吸着した異種原子と母材原子の相互作用によって生じる化学的き裂開閉口挙動についても検討を進めた．第一原理計算を用いて，表面原子間距離とエネルギーおよび垂直応力の関係を評価した．Fe(001)面について評価を行ったところ，表面分離距離が約2.5A程度で原子間の結合が分離することが示された．また，Fe-H系についても表面分離距離とエネルギーおよび垂直応力を評価したところ，水素の表面吸着によってもき裂成長が容易になることが示唆された．き裂先端の塑性変形によって生み出される転位と水素の影響によって生じるき裂成長条件の変化についても検討を進めた．
これらのき裂に関した研究推進によって，古典破壊力学に基づきつつも，き裂先端の影響を考慮した，新たなき裂成長に関する学術体系の深化が期待され，安全な社会の構築に貢献できると期待される．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
応力要件とエネルギー要件を満足した形で，古典破壊力学に基づいて脆性き裂成長要件を表現できる簡便な定式化に成功することができた．本結果は，従来の破壊力学の枠組みの中でき裂成長に対する新しい解釈を与えることに成功しうると考えている．また，表面反応による脆性き裂成長についても具体的検討が進んでおり，おおむね順調に研究計画が遂行できていると考えている．
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| 今後の研究の推進方策 |
新しく定式化した脆性き裂成長条件の妥当性評価を進める．具体的には，き裂の離散構造に起因すると考えられているLattice Trapping現象を表現できる可能性について評価検討を進めていく．また，表面吸着モデルについてはFeの単元系やFe-H系だけでなく，Fe-Oなどの検討に着手する．
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