2010 Fiscal Year Annual Research Report
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21226005
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
北村 隆行 京都大学, 工学研究科, 教授 (20169882)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
澄川 貴志 京都大学, 工学研究科, 講師 (80403989)
嶋田 隆広 京都大学, 工学研究科, 助教 (20534259)
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| Keywords | ナノ界面 / 疲労 / 破壊 / 損傷 / 転位 / 界面端 / ナノ材料 / ナノメカニクス |
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| Research Abstract |
機械構造物は、静的破壊荷重よりも小さい繰り返し荷重で破壊する疲労が大きな問題となっている。しかし、バルク金属材料の疲労破壊の原因となる疲労転位構造のスケールは数ミクロンオーダーであり、それよりも小さいナノ構造体の内部にこの転位構造が形成されることは不可能である。さらに、ナノ構造体が高剛性材で変形拘束されている場合、転位の運動は著しく困難になる。本研究では、ナノ構造体中の異材界面近傍での疲労損傷・破壊現象を実験・力学解析によって明らかにすることを目的としている。今年度の成果は以下のようにまとめることができる。(1)改良した疲労負荷装置を電子顕微鏡に組み込み、疲労実験が可能であることを実証した。(2)ナノ構造体の疲労実験を行い、界面端近傍応力幅と界面疲労破壊寿命の関係や膜厚が疲労破壊に及ぼす影響など基本的な特性を明らかにした。また、繰返し加工硬化等からその下部組織の発展を示した。(3)負荷回数が非常に大きな疲労限近傍の実験を複数行うためには負荷部分の耐久性が問題となることが判明したため、微小試験片に対する共振を利用した振動型試験手法を開発し、その有効性を実証した。(4)電気抵抗を測定できるように試験装置を改造した。ただし、塑性変形等の発生位置やその量の同定の正確さに難点があることが判明したので、試験片の疲労部分を薄片化してナノ金属の下部組織を電子顕微鏡で直接観察する方法を開発し、その有効性を実証した。(5)転位構造の安定性を評価する手法を提案するとともに、バルクの転位構造の安定性解析に適用し、その有効性を実証した。(6)ナノサイズのベイン構造や壁構造の安定性に関する転位動力学解析を実施し、それらがナノ金属中でも安定に存在する可能性があることを示した。
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