| 研究概要 |
まず、母材貫通穴を覆うように膜を接着し、母材穴自身の変形を利用する膜疲労試験法を提案し、膜疲労き裂伝ぱを評価する力学的パラメータを解析した。工業用純鉄膜(厚さ100μm)を用いた実験では、膜疲労き裂周辺には残留塑性層がかなり多くみられ、有効応力拡大係数幅による疲労き裂伝ぱ速度の評価は、バルク材と同様膜材においても有効であることを確認した。つぎに、疲労破壊特性に及ぼす膜厚効果を検討した。その結果、工業用純鉄膜の厚さ100μmよりも薄い50,40μm膜材では、疲労によるすべりおよび微小き裂の発生は早く、かつあまり屈曲しないき裂となった。また、疲労き裂伝ぱ速度の有効応力拡大係数幅による整理において、薄い膜ほどき裂伝ぱが生じやすい傾向があり、非線形効果の相違として膜厚効果が現れることがわかった。引き続き、膜材では膜厚方向の結晶粒数が少ないので、疲労破壊特性に結晶配方性の影響が現れやすい。そこで、結晶粒径を4角形要素に割当て、各要素に単結晶の応力・ひずみ関係を用いる有限要素法弾性解析を行った。その結果、薄い膜ほど結晶配行性が現れて応力の変動は大きい傾向にあるが、100μm程度の厚さ(結晶粒4個)では膜内の場所による応力変動は小さく膜材もS-N曲線として評価できた。そのS-N曲線において、膜厚を一定(100μm)として結晶粒径が小さい場合、膜材の疲労き裂発生寿命は減少する膜材の特異な挙動を示した。その理由は、結晶学的支配の他にモードI支配の疲労き裂伝ぱ形態と関係して膜厚を速く貫通する条件として説明できた。
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