き裂の３次元制御進展による超高強度平滑面の創成

2018 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 16K05982
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 機械材料・材料力学
• 研究機関: 長崎大学
• 研究代表者: 才本 明秀 長崎大学, 工学研究科, 教授 (00253633)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 応力解析 / ３次元き裂 / メッシュフリー解析 / き裂進展 / レーザ加工

研究成果の概要

本研究ではまず、通常の境界要素分割を用いることなく3次元き裂伝ぱ問題をメッシュフリー解析できるよう拡張した体積力法を開発した。次に開発したシステムによりシリコン内部にレーザを集光させて作成した微小き裂群の伝ぱ・拡大の様子を解析した。その際、シリコン内部におけるレーザ集光特性を考慮し、熱物性値の温度依存性を考慮した伝熱・熱応力問題を考察した。最終年度はこれらの知見を総合して、き裂の進展を制御し、シリコン内部に超高強度平滑面を創るためのレーザ加工シミュレーションシステムを構築した。

自由記述の分野

材料力学、破壊力学、計算力学

研究成果の学術的意義や社会的意義

移動最小二乗法近似を体積力法の密度関数の未知の分布に適用することで、メッシュフリー体積力法(MFBFM)を提案した。MFBFMによる任意の平面き裂問題の解析は，き裂前縁の位置を表す節点データのみを提供することで解析でき，そのき裂前縁近傍の応力状態から新しいき裂前縁を決定することで容易にき裂伝ぱの解析を実施できることを明らかにした。また、平面き裂のみならず、曲面的なき裂問題にも適用できることを示した。本研究で得られた成果により、例えばレーザを用いてシリコンなどのぜい性固体を精密加工する際の最適加工条件を見積もることが可能になる。