材料破壊機構解析のためのリアルタイムフラスタ解析技術の開発

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13450042
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 酒井 信介 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (80134469)
• 研究分担者: 泉 聡志 東京大学, 大学院・工学系研究科, 講師 (30322069)
• キーワード: fractography / scanning electron microscope / topography analysis / fracture surface (5creep fractrure) / fatigue crack growth

研究概要

フラスタ解析のリアルタイム性を実現するために、走査型電子顕微鏡に超精密位置制御ステージと、制御コンピュータおよび高速画像処理装置を導入し、システム開発を行った。試料台のステージは、外部信号のコントロールにより、広範囲にわたる画像データの取得が可能となった。上下対の電子顕微鏡像を取得した後、破壊機構解明のために3種類の検討を行った。一つは、フラスタ解析による破壊機構の再現である。高分解能の画像取り込み装置で取り込んだ後に、これを仮想現実空間の再現が可能なCABINシステム上で再現する技術を開発した。この結果、解析者があたかも微視破面上をウォークスルーするのと同じ状態の実現が可能となった。しかもジョイスティックスを通じた上下破面の移動によって破壊機構の理解が容易となった。二つ目は、高精度詳細画像を利用する観点から三次元詳細構造の解析を行った。ステレオマッチングと二次電子積分の両者を組み合わせることにより、両者の特徴を生かした新たな高精度三次元構造解析手法を開発した。この画像データをインターネット上で観察が容易となるようVRMLによる表現技術も併せて開発した。三つ目の成果として、画像データの破断面模様から破壊機構を特性化する手法の開発を行った。まずフラクタル次元の適用を行い、クリープ破壊の粒内、粒界破壊の判定に利用できることを示した。次に、ウェーブレット関数の適用を図り、ストライエーションの領域を画素単位で判定できる手法を開発した。この成果は、ストライエーション破面率の客観的な定量評価に応用可能で、やがて負荷応力の推定へと結び付けられることが期待できる。

研究成果

• [文献書誌] 姜 軍, 酒井信介: "ステレオマッチング法と二次電子信号積分法を組み合わせたSEM破断面三次元測定"日本機械学会論文集A編. Vol.68,No.666. 300-306 (2002)
• [文献書誌] 姜 軍, 酒井信介, 高野太刀雄: "VRMLによる破断面の三次元可視化技術"実験力学. Vol.1,No.3. 40-44 (2001)
• [文献書誌] 姜 軍, 酒井信介: "ステレオマッチング法の改善によるSEM3次元破面解析"材料. Vol.50,No.11. 1176-1180 (2001)
• [文献書誌] 泉聡志, 橘鷹伴幸, 原 祥太郎, 酒井信介: "局所自己アフインフラクタルによる破壊遷移部の同定"日本機械学会論文集A編. Vol.68,No.667. 456-463 (2002)
• [文献書誌] 山際謙太, 酒井信介, 横堀寿光: "フラクタル解析を用いたTiAl高温域破壊機構の特性化"日本材料強度学会誌. 第35巻3号. 53-60 (2001)
• [文献書誌] Jun Jiang, Shinsuke Sakai: "Stereoscopic Fracture Surface Analysis by SEM Using Advanced Stereo Matching"The Society of Materials Science. Vol.8,No.1. 32-37 (2002)