Determination of trigger sites for crack formation in aeronautical composite by combining X-ray microscopy and applied mathematics

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(1) 昨年度までに高度化に成功したX線顕微鏡による4次元/5次元観察により、高空間分解能(~50nm)で、応力負荷しながら(in situ)X-CTによる観察を行いCFRP (炭素繊維強化プラスチック)における、Mode II（剪断）応力下での挙動解明に取り組んだ。その結果、Mode I (引っ張り)応力での挙動と同様に(A)樹脂内でのき裂発生と、(B)炭素繊維/樹脂界面での剥離、の異なるモードでき裂が発生するが、多くは、繊維/樹脂界面で発生した亀裂（剥離）が繊維界面に沿って進展し、その一部が樹脂内に伝搬していくことが明らかになった。(2)フェノキシ樹脂とナイロン12を混合したポリマーアロイについて、種類の異なる相溶化剤を添加し、走査型X線顕微鏡(STXM)を用いて炭素の化学状態をナノスケールでマッピングすることにより、その微細構造の変化を明らかにした。相溶化剤の種類により、フェノキシ樹脂もしくはナイロン12との相互作用が異なり、最終的な海島構造が大きく異なることが分かった。(3)顕微鏡ビッグデータの応用数学による解析として不均一性のかたちをマルチスケールかつ定量的に特徴付ける手法であるパーシステントホモロジー(PH)の高度化に取り組んだ。従来二次元データについて解析を行ってきたが、アルゴリズムの改良と計算プログラムの高度化を行い、三次元データについても解析が可能になった。高度化した手法を用いて、鉄系酸化物の還元反応における三次元顕微鏡データの解析を行い、トリガーサイト（trigger site）を明らかにすることに成功した。