Elucidation of fatigue mechanism by AE analysis based on observation data

基于观测数据的AE分析阐明疲劳机理

基本信息

批准号：
21H01648
负责人：
白岩隆行
金额：
$ 11.15万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

2022年度は、前年度までに検討してきたAE計測系を用いて、Ti合金の疲労試験やDwell疲労試験中のAE信号の取得を進めた。また前年度までに検討してきたAE記述子を用いて、き裂発生・進展挙動の解析を進めた。具体的には、レプリカ交換マルコフ連鎖モンテカルロ（RE-MCMC）法において確率的複雑さが最小であったモデルに、選択されたAE記述子の測定データを代入することで、き裂発生数、き裂発生寿命、き裂進展速度、き裂進展ステージの変化点を得た。またAE信号と同時に荷重のデータを取得することで、AE発生源についての考察を行った。特にAE発生時の荷重によって、き裂開閉口を考慮したモデルを組み込むことを検討した。またデータ同化手法を用いて、AE信号とき裂進展速度を関連付けるモデルをリアルタイムに更新しながら、高精度に将来の疲労き裂進展を予測する手法を検討した。検討した結果は、国内外の学会やワークショップで発表した。またAE発生とともに起きた現象を理解するために、ナノ～マイクロメートルスケールのひずみ計測を行った。Ti合金に金薄膜を形成したあとにリモデリングと呼ばれる手法でナノスケールのパターンを表面に形成した。これを疲労試験前、試験中、試験後にSEMで高解像度（解像度：数nm）で観察し、Ncorrというオープンソースソフトウェアを用いてデジタル画像相関解析を行った。結果として、Ti-64合金多結晶体の各結晶粒で発生するすべり線や疲労き裂を多数自動計測することが可能となった。この計測・解析手法は、疲労の問題のみならず、金属材料の様々な変形破壊の解析に有効であると考えられる。この提案手法は論文発表した。

在2022年，我们在Ti合金疲劳测试和使用AE测量系统中订立了AE信号，并在上一年考虑使用AE测量系统。此外，我们使用我们在上一年研究的AE描述符分析了裂纹启动和进步行为。具体而言，通过将所选AE描述符的测量数据替换为复制品 - 交换马尔可夫链蒙特卡洛（RE-MCMC）方法中随机复杂性最小的模型，我们获得了裂纹启动，裂纹启动寿命，裂纹启动速度，裂纹速度和裂纹开始阶段的变化点。此外，通过与AE信号同时获取负载数据，我们讨论了AE生成的来源。特别是，根据AE生成时的负载，我们考虑了一个模型，该模型考虑了裂纹打开和关闭。此外，通过使用数据同化技术更新了将AE信号和裂纹增长率相关联的模型，从而检查了一种方法，以高精度预测未来的疲劳裂纹生长。审查的结果在日本和国外的学术会议和研讨会上呈现。此外，进行了纳米微米尺度的应变测量值，以了解AE产生的现象。在Ti合金上形成金薄膜后，使用称为重塑的技术在表面形成纳米级图案。在疲劳测试之前，之中和之后，通过SEM在高分辨率（分辨率：几个NM）中观察到这一点，并使用名为NCORR的开源软件进行了数字图像相关分析。结果，已经有可能自动测量在TI-64合金多晶材料的每种晶粒中产生的许多滑动线和疲劳裂纹。这种测量和分析技术不仅对疲劳问题有效，而且还可以分析金属材料的各种变形和断裂。该提出的方法已在论文中发表。