Development of multi-layer indentation method connecting micro and macro mechanical properties

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本研究では，変形レイヤーのワンパス横断によりミクロからマクロの力学特性を連続的に評価できる「マルチレイヤーインデンテーション法」を開発し，ミクロとマクロを繋ぐことで真のマルチスケール材料力学の学理基盤を作ることを目的としている。初年度のマルチレイヤーインデンテーション法の基礎となる試験装置の開発は，速度域で準静的から動的および衝撃の2種類に分けることとした。そこでR4年度は，まず，準静的から動的ひずみ速度範囲の広範囲の速度環境に対応させた装置の完成を目指した。市販の高感度ロードセルを用いて実験を行い，準静的な速度範囲のマイクロインデンテーション試験装置と比較することで，開発した装置が十分な試験精度を得ることを確認した。一方，衝撃インデンテーション試験装置は高感度に対応するMEME半導体ひずみゲージの単軸試験への応用で多くの課題が発生し，まだ完成には至っていない。次年度までに完成を目指す。ナノインデンテーション試験とその解析結果の比較については，現状ではナノインデンテーション解析が実施できていない。全原子モデルによる解析は困難であることが判明したため，粗視化モデルを採用するしかなく，現在粗視化モデルのパラメータ作成などに従事している。試験対象の高密度ポリエチレン（HDPE）については，大きな進展が見られた。準静的から動的，衝撃の広範囲のひずみ速度範囲の圧縮変形特性を評価し，微視構造の変化をX線構造解析によって調査した。微視構造として，結晶と非晶の組み合わせであるラメラ繰り返し構造の間隔を示す長周期の変化を考察したところ，HDPEの真応力―真ひずみ関係は，非晶の粘性特性による強度増加とそれに伴うラメラ晶の破壊に起因することが示唆された。HDPEの微視的機構に及ぼすひずみ速度の影響の一端を明らかにすることができたと言える。