き裂先端の影響を考慮した新たな破壊力学の展開

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巨視き裂に対して構築された破壊力学では，き裂先端の取り扱いが長年の課題となっている．一方で，脆性き裂進展にはエネルギー要件と応力要件の双方を満足する必要がある．本研究ではまず，エネルギー要件と応力要件を同時に満足した新しい脆性き裂成長条件の定式化を試みた．両要件を満足する脆性き裂成長要件式を構築し，その妥当性について原子モデルを用いた脆性き裂成長シミュレーションと比較を行った．特にき裂先端の離散構造に起因する現象について検討を進めている．また，古典破壊力学では考慮できていない，き裂先端の新生面へ吸着した異種原子と母材原子の相互作用によって生じる化学的き裂開閉口挙動についても検討を進めた．第一原理計算を用いて，表面原子間距離とエネルギーおよび垂直応力の関係を評価した．Fe(001)面について評価を行ったところ，表面分離距離が約2.5A程度で原子間の結合が分離することが示された．また，Fe-H系についても表面分離距離とエネルギーおよび垂直応力を評価したところ，水素の表面吸着によってもき裂成長が容易になることが示唆された．き裂先端の塑性変形によって生み出される転位と水素の影響によって生じるき裂成長条件の変化についても検討を進めた．これらのき裂に関した研究推進によって，古典破壊力学に基づきつつも，き裂先端の影響を考慮した，新たなき裂成長に関する学術体系の深化が期待され，安全な社会の構築に貢献できると期待される．