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NIMS一般公開2024

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研究内容

Keywords

疲労,破壊靭性,材料強度,破壊機構,複合材料,接着構造,高強度金属材料

出版物2004年以降のNIMS所属における研究成果や出版物を表示しています。

その他の文献

所属学会

日本機械学会, 日本材料学会, 自動車技術会

受賞履歴

  • 日本材料学会関東支部若手活動賞 (2017)
  • 日本材料学会論文奨励賞 (2014)
  • 日本材料学会学術奨励賞 (2011)
構造材料研究センター
タイトル

環境と界面に着目した疲労破壊機構の解明

キーワード

疲労破壊機構,フラクトグラフィ,極限環境,界面,高強度材料

概要

機器の高速化や軽量化に伴い複合材料の適用範囲が拡大している.しかし,材料の適用が先行し,基礎データや知見の蓄積が十分ではなく,構造物において材料の特性を生かし切れていない.そこで「界面」と「環境」に着目して疲労破壊における現象の詳細と強度支配因子を明らかにして,材料の強度と信頼性の向上を目指す.実使用環境における疲労特性を明らかにするだけでなく,破壊機構ならびに強度支配因子の解明のために周囲環境を利用する.実験データ,特に長期信頼性に関わるデータを系統的に蓄積し,強度特性ならびに破壊機構の解明を行い,材料設計・構造設計(強度・寿命設計)手法の確立をする.そして,極限環境における新材料の適用と早期導入を可能にする.

新規性・独創性

金属,樹脂ならびに複合材料を対象として,き裂が曝される環境に着目し,破壊機構と強度特性を解明する実験的研究を展開.
真空環境を利用した高強度金属材料の内部起点型疲労破壊における特異な現象と強度特性との相関を解明.
マルチマテリアル構造設計に関連した接着接合(同種・異種金属,CFRP/金属)の強度特性ならびに水環境の影響を評価.
新開発された機能性CFRPを対象としたデータベースを構築ならびに機能性付与と破壊機構および強度特性との相関を解明.
CF/GFハイブリッド材料の強度評価を実施し,構成材料の強度特性からハイブリッド材料の強度特性を予測する手法を提案.

内容

image

【金属材料】高強度金属材料の超高サイクル疲労における内部起点型疲労破壊の発生機構の解明を目的として大気中と超高真空中で実験を行い,材料内部と真空中でき裂進展機構に共通点があることを見出した.さらに組織の微細化と凝着現象がき裂進展特性に影響していることを示した.材料種に依存しない統一的な超高サイクル疲労の発生機構ならびに現象を組み込んだ高精度の疲労寿命・強度予測式を提案する.
【樹脂材料】マルチマテリアル構造に関連して接着構造(同種・異種金属,CFRP/金属)を対象として疲労強度評価を実施した.その中で接着剤の種類,接着層厚さ,被着体の違いが接着構造の破壊機構や強度特性に与える影響について明らかにした.さらに,海水中での使用を想定して,塩水浸漬後の接着構造の強度や界面特性を評価し,劣化機構の解明を進めている.
【複合材料】機能性CFRPの開発の一環として強度特性(静的・疲労・層間破壊靭性)や温度特性(線膨張係数、動的粘弾性)に関するデータベースを構築した.さらにマルチスケールで界面に着目して機能性付与と破壊機構ならびに強度特性の相関を明らかにした.そして機能性付与による強度特性の低下を抑えられたことを示した.一方,新開発のCF/GFハイブリッド材料の実装化のために強度評価を実施した.その中で,繊維の体積分率が異なる材料を対象として系統的に強度試験を行い,構成材料の強度特性からハイブリッド材料の強度特性を予測する手法を提案した.さらに液体水素中での使用を想定した極低温環境下での強度特性評価や破壊機構の解明も進めている.

まとめ

材料種に依存しない統一的な超高サイクル疲労の発生機構ならびに現象を組み込んだ高精度の疲労寿命・強度予測式を提案する.
接着構造の破壊機構ならびに疲労強度特性を解明し,マルチマテリアル構造における接着接合の設計指針を示す.
複合材料ならびにハイブリッド材料の極低温環境下での疲労強度特性と破壊機構の解明,強度データベースの構築をする.

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