シンクロトロン放射光3Dイメージングに基づくイメージベース破壊解析

申請者は、これまでに材料中のミクロ組織のサブミクロンレベルの高分解能三次元像を、シンクロトロン放射光X線コンピュータートモグラフィー(CT)で撮像することに成功した。これをもとに、これまで透明な材料や表面でしか測定できなかった内部の局所力学量(例えば歪み、応力、き裂進展駆動力など)の三次元高密度マッピングに初めて成功してすでに幾つかの論文にしている。本研究では、構造材料のミクロ構造の三次元分布をシンクロトロン放射光X線CTで撮像し、材料の局所特性を加味した力学モデルを構築し、大規模な数値力学解析を行った。これにより、従来は単純化した数学モデルや数値計算でしか評価されなかった材料の力学的性質が、ミクロ組織の影響を忠実に考慮したイメージベースのものとなり、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った。今回は、これをポアを含む先端材料に適用した。昨年度行ったSPring-8でのシンクロトロン放射光3D/4D可視化実験のデータを解析した。解析は、K吸収端差分イメージングによる材料内部の化学成分3Dマッピングと材料内部の力学的歪みの計測である。前者に関しては、画像の位置合わせ、画素差分、亜鉛濃度分布の解析を行い、材料内部の4D亜鉛マッピングを行った。後者に関しては、粒子の大規模トラッキングに成功し、その物理的な変位から歪みを3D/4Dで計測することに成功した。さらに、これらを比較検討し、どのようなミクロ組織のところに歪みが局在化して破壊が発生するかを検討して有意義な知見を得た。要約すると、合金元素が濃化し、かつさらに化合物が形成された場所で損傷が局所的に発生した。これを、数値解析のモデルとして解析して力学的な検討を加えた。これらの結果は、ポーラス材料の局所的なミクロ組織と破壊というローカルな現象を結び付ける重要な知見を与える。

申請者は、これまでに材料中のミクロ組織のサブミクロンレベルの高分解能三次元像を、シンクロトロン放射光X線コンピュータートモグラフィー(CT)で撮像することに成功した。これをもとに、これまで透明な材料や表面でしか測定できなかった内部の局所力学量(例えば歪み、応力、き裂進展駆動力など)の三次元高密度マッピングに初めて成功してすでに幾つかの論文にしている。本研究では、構造材料のミクロ構造の三次元分布をシンクロトロン放射光X線CTで撮像し、材料の局所特性を加味した力学モデルを構築し、大規模な数値力学解析を行った。これにより、従来は単純化した数学モデルや数値計算でしか評価されなかった材料の力学的性質が、ミクロ組織の影響を忠実に考慮したイメージベースのものとなり、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った。今回は、これをポアを含む先端材料に適用した。昨年度行ったSPring-8でのシンクロトロン放射光3D/4D可視化実験のデータを解析した。解析は、K吸収端差分イメージングによる材料内部の化学成分3Dマッピングと材料内部の力学的歪みの計測である。前者に関しては、画像の位置合わせ、画素差分、亜鉛濃度分布の解析を行い、材料内部の4D亜鉛マッピングを行った。後者に関しては、粒子の大規模トラッキングに成功し、その物理的な変位から歪みを3D/4Dで計測することに成功した。さらに、これらを比較検討し、どのようなミクロ組織のところに歪みが局在化して破壊が発生するかを検討して有意義な知見を得た。要約すると、合金元素が濃化し、かつさらに化合物が形成された場所で損傷が局所的に発生した。これを、数値解析のモデルとして解析して力学的な検討を加えた。これらの結果は、ポーラス材料の局所的なミクロ組織と破壊というローカルな現象を結び付ける重要な知見を与える。