シンクロトロンX線マイクロトモグラフィーによる損傷と破壊の三次元可視化

点击翻译按钮获取中文摘要

亀裂を取り扱う破壊力学には数十年の歴史があるが、3D現象、例えば亀裂性状や局部的な加速・遅延などの現象を予測できるレベルにはほど遠い。これは、これまで微細な亀裂の形状を3Dで可視化する方法がないという実験手法の未整備による。放射光を用いた最新の高分解能CT(コンピュータートモグラフィー)は、これを唯一可能にする手法である。本研究では、破壊現象をシンクロトロン放射光X線CTで3D撮像し、材料の局所特性を加味した力学モデルを構築して数値力学解析を行った。これにより、飛躍的に高度で効率的な材料組織設計、プロセス設計が可能となる。このため、Al-Mg-Si合金の疲労き裂を3Dモデル化し、この解析により複雑形状のき裂の影響、き裂開閉の挙動を解析した。このため、CTODの3D評価法、材料中の粒子やポアを追跡してき裂先端の変位場を解析する手法など、実験面での検証方法の確立も実施した。後者の実験的検証については早期に成果が挙がり、CTODに関しては既に材料工学の高級誌であるActa Materialia誌に掲載が決定、変位場解析についてもScripta Materialia誌に投稿中となっている。この中で、疲労き裂先端の歪み分布の可視化や局所的なCTODとき裂進展挙動の関係を明らかにした点が大きな成果と言える。これは、将来的なき裂進展挙動の実験的予測にもつながるものと言える。また、数値解析でも、き裂の分岐などの複雑な挙動、ミクロ組織との干渉効果による早期の局所的き裂進展開始、き裂開閉口の三点について、学術的知見が得られた。これも、現在鋭意投稿準備中である。