Research Projects -
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材料損傷による振動モード変化を応用した非破壊検査・長寿命化手法の開発
Grant number：24K07235 2024.04 - 2028.03
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
坂本 惇司
Grant amount：\4550000 （ Direct expense: \3500000 、 Indirect expense：\1050000 ）
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Prediction of deformation localization and fracture in polycrystalline titanium alloy based on 3D measurement of ultra-small inhomogeneous deformation
Grant number：21H01214 2021.04 - 2024.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B) Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
多田 直哉, 上森 武, 坂本 惇司
Grant amount：\17810000 （ Direct expense: \13700000 、 Indirect expense：\4110000 ）
研究の初年度に当たる本年度では，3D測定レーザー顕微鏡を導入し，試験片表面における微小な変形を測定する準備をするとともに，純チタン試験片の引張に関して，既存の走査型電子顕微鏡およびデジタルホログラフィック顕微鏡も併用して試験片表面の観察を行った．本研究では，試験片に小さな引張負荷を段階的にかけながら結晶方位や応力分布を測定する薄膜試験片を用いた試験と，段階的に引張荷重をかけながら，各引張荷重を除荷した後に残留応力を測定する試験の2種類の試験を実施した．いずれも結晶粒にすべり線が発生するまで試験を実施し，微視的変形レベルにおいて弾性変形と塑性変形の関係について検討した．まず，前者の試験では，引張負荷によって生じる各結晶粒のすべりは，試験片が完全な弾性変形段階にあると見なせる小さな負荷において測定される各結晶粒の応力分布および想定されるすべり系に関するせん断応力成分と，そのすべり系の臨界分解せん断応力を用いることによりかなり高い確率で予想できることが明らかとなった．また，後者の試験からは，除荷後の各結晶粒の残留応力分布から計算できる活動すべり系のせん断応力の勾配が，発生したすべり線の方向に近い傾向にあることが明らかになった．再現性と理由については，今後，検討する予定である．
結晶塑性有限要素法に関しては，多結晶体モデルを作成するプログラムを導入し，少結晶粒モデルに関しては解析が可能であるとの感触を得た．結晶粒数や要素分割に関する検討にはさらに時間を要すると考えられる． -
ネッキング型破壊の抑制とコーキシング効果の応用による微小金属材料の耐疲労特性向上方法の開発
2021.04 - 2022.03
公益財団法人JKA 2021年度機械振興補助事業 個別研究
坂本 惇司
Authorship：Principal investigator
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Investigation of vibration fatigue crack growth behavior and vibration fatigue strength improvement by peening
Grant number：20K14610 2020.04 - 2023.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Early-Career Scientists Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
坂本 惇司
Grant amount：\4160000 （ Direct expense: \3200000 、 Indirect expense：\960000 ）
本研究では，①振動疲労き裂進展時のき裂先端近傍の力学場の状態とそれがき裂進展とともにどう変化するのかを明らかにすること，および，②ピーニングによる振動時の疲労強度向上技術を構築することを目的とする．それぞれの目的に対して，本年度に推進した主な実施内容を以下に示す．
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①試験片切欠き部の表面と裏面にひずみゲージを貼付し，試験片の表面と裏面のひずみを測定することで，振動試験時のマクロな力学状態を検討した．その結果，曲げ振動試験においては，純粋な曲げに加えて遠心力による引張が加わるが，今回の試験片においては，遠心力による引張ひずみは，曲げで付与される最大引張ひずみに比べて無視できる程度であることが分かった．また，昨年度に確認された疲労損傷とともに振動モード（曲げ振幅）が変化する現象について，高速度カメラを用いた観察，ひずみゲージによる破断部近傍のひずみの測定，プラスチックレプリカ法を用いたき裂進展挙動の観察を行うことで検討した．その結果，疲労損傷とともに試験片がわずかに伸びることおよび疲労き裂が進展することにより，固有振動数が変化することが考えられた．
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②振動疲労強度を向上させるピーニング手法として，本年度はニードルピーニングを検討した．その結果，振動疲労寿命をわずかに増加させる可能性はあるものの，顕著な変化は確認できなかった．その原因として，圧縮残留応力の付与や硬さの向上等の疲労寿命を向上させる影響と，表面粗さの増加等の疲労寿命を低下させる影響が同程度であるためだと考えられる．そのため，次年度は，微粒子ピーニングを用いてピーニングの影響について検討する予定である． -
繰返し硬さ試験による疲労寿命の簡易評価法の確立とその微小材料の疲労寿命の向上探索への応用
2019.04 - 2020.03
公益財団法人村田学術振興財団 研究助成
坂本 惇司
Authorship：Principal investigator Grant type：Competitive
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Prediction of Development of Inhomogeneous Plastic Deformation and Fracture Based on Change in Elastic Height Distribution in Polycrystalline Metals
Grant number：18H01337 2018.04 - 2021.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B) Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Tada Naoya
Grant amount：\17940000 （ Direct expense: \13800000 、 Indirect expense：\4140000 ）
Tensile tests were carried out using plate and thin sheet specimens of polycrystalline pure titanium. Microscopic inhomogeneous deformations under elastic and plastic conditions were discussed focusing on the deformation of thin sheet specimens where the effect of interior crystal grains was week. The following resutls were obtained. Height changes at the center of grains were correlated with those near the grain boundaries. Correlation between the height changes on the front and back surfaces changed when the deformation changed from elastic to plastic. The initiation of slip lines near the notch could be predicted by slip activity.
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振動疲労強度におけるショットピーニングによる表面塑性加工の効果の検討
2017.10 - 2019.03
公益財団法人天田財団 奨励研究助成B（萌芽的研究）
坂本 惇司
Authorship：Principal investigator Grant type：Competitive
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Mechanism of fatigue damage of materials under six-axial random vibration and evaluation testing method
Grant number：17K14556 2017.04 - 2020.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (B) Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
Sakamoto Junji
Authorship：Principal investigator Grant type：Competitive
Grant amount：\4420000 （ Direct expense: \3400000 、 Indirect expense：\1020000 ）
We investigated a fatigue fracture of a material subjected to multi-axis random vibration which complicatedly changes the amplitude and direction. In the case of a material with a simple shape, the material could vibrate in a resonance mode. Therefore, there is a possibility that the fatigue strength can be evaluated using the stress in the direction with the largest load. In the case of a material with a complicated shape, the material could vibrate in a few resonance modes. Therefore, there is a possibility that the fatigue strength cannot be evaluated using only the stress in the direction of the largest load. The evaluated fatigue strength might be higher than the actual fatigue strength.