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

使用同步加速器 X 射线显微断层扫描对损伤和破坏进行三维可视化

• 批准号: 06F06407
• 负责人: 戸田 裕之
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: Toyohashi University of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06F06407/
• 关键词: シンクロトロン放射光; CTスキャン; 歪み計測; その場観察; 疲労破壊; マイクロナノトモグラフィー; き裂開口変位; 三次元画像解析; 亀裂伝播; 屈折コントラスト

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。

The history of crack mechanics for decades, 3D phenomena, examples, crack characteristics, local acceleration, delay, phenomena, predictions, etc. The method of 3D visualization of the shape of the fine crack is described in detail below. The latest high-resolution CT for radiation use is the only possible method. In this paper, the phenomenon of fracture is studied by X-ray CT, 3D imaging, mechanical analysis and numerical analysis of local characteristics of materials. The material organization design and design of the leap height are possible. 3D analysis of fatigue and crack in Al-Mg-Si alloy 3D evaluation method of CTOD, particle tracking in materials, analysis method of potential field at crack tip, and establishment of verification method for real plane The latter is related to the examination of early achievements, CTOD, and the publication of decisions in the Advanced Journal of Materials Engineering, and to the analysis of potential fields in the submission of Scripta Materialia. The distribution of the crack tip is visualized and the relationship between the crack progress and the crack development is clearly defined. This is a prediction of future developments. In addition, the analysis of numerical values, the division of cracks, the complex movement of cracks, the organization of cracks and the effect of cracks, the beginning of cracks in the early stage, the three points of cracks in the middle, and academic knowledge have been obtained.これも、现在锐意投稿准备中である。

项目成果

Three-dimensional investigation of steady state fatigue crack closure via high-resolution synchrotron X-ray microtomography

通过高分辨率同步加速器 X 射线显微断层扫描对稳态疲劳裂纹闭合进行三维研究

• 发表时间: 2007
• 作者: H. Zhang;H. Toda;H. Hara;M. Kobayashi;T. Kobayashi;D. Sugiyama;N. Kuroda;H. Zhang
• 通讯作者: H. Zhang

3D observation and image-based simulation of fatigue crack propagation in an Al-Mg-Si alloy

Al-Mg-Si 合金中疲劳裂纹扩展的 3D 观察和基于图像的模拟

• 发表时间: 2008
• 期刊: Proceedings of the 4th International Symposium on Designing, Processing and Properties of Advanced Engineering Materials
• 作者: P. Qu;H. Toda;H. Zhang;L. Qian;Y. Sakaguchi;M. Kobayashi;K. Uesugi
• 通讯作者: K. Uesugi

3-D Microstructural Characterization of Cell Wall in a High Strength Aluminium Foam

高强度泡沫铝中细胞壁的 3D 微观结构表征

• 发表时间: 2007
• 期刊: Metallurgical and Materials TransactionsA 38A
• 作者: H. Zhang;H. Toda;H. Hara;M. Kobayashi;T. Kobayashi;D. Sugiyama;N. Kuroda
• 通讯作者: N. Kuroda