| 研究課題/領域番号 |
10450383
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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 |
海洋工学
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
吉成 仁志 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (20167737)
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| 研究分担者 |
金田 重裕 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (90010892)
影山 和郎 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (50214276)
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| 研究期間 (年度) |
1998 – 2000
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| キーワード | 疲労亀裂伝播 / 走査電子顕微鏡 / 分子動力学 / 銅単結晶 / 活動すべり面 / 3%Si鋼 / Neumannモデル / Lairdモデル |
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| 研究概要 |
本研究では、破壊の基本的メカにニズムの解明という最終目的に対して、その第一歩として、疲労亀裂伝播の本質的様相を明らかにすることを目的に微視的アプローチによる実験・解析を行った。
一方、試験と対応させて分子動力学によるシミュレーションを実施し破壊挙動の微視的メカニズムを検討した。
実験では銅単結晶(fcc系)および3%Si鋼(bcc系)のCT試験片を用い、結晶方位と予亀裂方向の関係を系統的に変えた疲労亀裂伝播試験を実施し、走査電子顕微鏡(SEM)による詳細な破面観察を行った。その結果、両材料の疲労亀裂は力学的主応力面上ではなく、結晶構造固有の活動すべり系を選択的に伝播していくことが判明した。この現象は連続体力学で有用なLairdモデルでは説明できず、Neumannモデルを3次元的に拡張して説明する必要があった。銅単結晶材料では活動すべり系がお互いに複雑に干渉し、疲労亀裂伝播速度がその影響を強く受けることが分かった。そのため、多結晶材料で有用なParis則が成立しない。
一方、原子配列を計算機上に実現して分子動力学(MD)による破壊シミュレーションを実施した。その結果、MD計算による両材料の亀裂伝播挙動は実験事実およびSEM観察結果との整合性が得られた。また、擬似疲労MDシミュレーションから非可逆的損傷蓄積の様相についても検討した。3%Si鋼については、MDにより結晶粒界が破壊挙動および亀裂経路に及ぼす影響を検討し実験結果と比較した。
粒界をまたぐ亀裂では前後の結晶方位差によって伝播速度に大きな差が生じることも判明した。このように、分子動力学は破壊の微視的メカニズムを解析するための有用なツールとして期待できる。
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