微小疲労き裂における疲労き裂進展下限界有効応力拡大係数の実測

微疲劳裂纹中疲劳裂纹扩展下限有效应力强度因子的实测

• 批准号: 22K03835
• 负责人: 西川 嗣彬
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: National Institute for Materials Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03835/
• 关键词: 金属疲労; 疲労亀裂; 微小疲労き裂; 画像相関法

疲労亀裂の進展下限界特性が、学術的にも工学的に非常に重要な特性であることは言うまでもない。疲労亀裂が成長しない閾値を表す力学パラメータである「下限界応力拡大係数範囲　ΔKth」は、き裂長さによらず一定の値となるため、工学的に重要な材料特性として幅広く利用されている。しかしながら、ある閾値を超えて亀裂が短くなると、ΔKthは低下しはじめることが古くから知られている。これが、短い亀裂に破壊力学を適用すると危険側の予測を与える理由であり、多くの研究が行われてきた。ΔKthは疲労亀裂の成長に伴う塑性変形の履歴による、"亀裂閉口"の影響を受けた特性であることから、本質的な材料の疲労き裂進展抵抗は、き裂閉口成分を除いた「下限界有効応力拡大係数範囲　ΔKeff threshold」であると考えられている。また、不思議なことに、材質に関係なく、ΔKeff thresholdは似たような値になることが、長い亀裂を対象にした多くのデータによって示されている。つまり、多くの研究者は、短い亀裂では、亀裂閉口の影響でΔKthが低下すると考えている。しかしながら、短い亀裂でΔKeff thresholdを実測した例は無く、本質的なΔKth低下の原因は曖昧なまま残されてきた。その理由は、ΔKeff thresholdを実測する方法が無かったことが一因である。本研究の代表者は、マイクロスコープと画像相関法を組み合わせることで、ミクロな疲労亀裂で亀裂開閉口を実測する手法を確立してきた。本研究の目的は、この方法を活用し、短い亀裂におけるΔKeff thresholdを実測することで、その寸法依存性や硬さ依存性を明らかにすることである。これまでに、進展を停止したミクロな疲労亀裂のΔKeff thresholdの実測に成功しており、亀裂が短くなるにつれ低下する傾向があることが明らかになりつつある。

不用说，疲劳裂纹增长的下限特征是非常重要的学术和工程特征。下极限应力强度因子范围ΔKTH，这是一种机械参数，代表疲劳裂纹不会生长的阈值，无论裂纹长度如何，它都是恒定值，并且被广泛用作工程的重要材料特性。但是，长期以来，人们已经知道，当裂纹缩短到一定阈值之外时，Δkth开始减少。这就是为什么将断裂力学应用于短裂纹可以在风险方面进行预测的原因，并且已经进行了许多研究。由于Δkth是由于与疲劳裂纹生长相关的塑性变形史而受到“裂纹闭合”的特性，因此人们认为，基本材料的疲劳裂纹生长耐药性在“下限有效应力强度因子范围：Δkeff阈值”中，不包括裂纹闭合成分。同样，奇怪的是，许多靶向长裂纹的数据表明，无论物质如何，Δkeff阈值是相似的。换句话说，许多研究人员认为，由于裂纹闭合的效果，ΔKTH在短裂缝中会减少。但是，实际上没有用短裂纹测量Δkeff阈值的情况，这是导致Δkth降低含量含量的基本原因。这部分是因为没有实际测量ΔKeff阈值的方法。这项研究的代表已经建立了一种方法，可以通过结合显微镜和图像相关方法来测量微疲劳裂纹中的裂纹开口和闭合孔。这项研究的目的是使用此方法在短裂纹中确定Δkeff阈值，并确定其尺寸和硬度依赖性。迄今为止，我们已经成功地测量了停止进步的微疲劳裂纹的Δkeff阈值，而且很明显，随着裂纹的变短，裂纹往往会减少。