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Establishing a creep life prediction methodology for heat-resistant structures at high temperatures

Research Project

Project/Area Number 20KK0084
Research Category

Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 18:Mechanics of materials, production engineering, design engineering, and related fields
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

柴沼 一樹  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (30611826)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 横堀 壽光  帝京大学, 公私立大学の部局等, 教授 (00124636)
尾関 郷  帝京大学, 公私立大学の部局等, 講師 (10781528)
田淵 正明  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, グループリーダー (60354239)
松永 哲也  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, 主幹研究員 (30595905)
佐原 亮二  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, グループリーダー (30323075)
Project Period (FY) 2020-10-27 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥18,850,000 (Direct Cost: ¥14,500,000、Indirect Cost: ¥4,350,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000)
Fiscal Year 2020: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
Keywordsクリープ / マルチスケールモデル / 破壊力学 / 損傷力学
Outline of Research at the Start

粒界空孔拡散現象を対象とした「マルチスケール・マルチフィジックスモデル」と「非破壊時系列計測技術」を構築し、両者を統合して現象を支配する物理を体系化することで、これまで不可能であった高温クリープ損傷による構造体寿命の『予測』を実現する。本研究は「損傷力学に基づく帰納的アプローチ」と「微視的機構に基づく演繹的アプローチ」に接点を見出し統合する挑戦的な試みであり、またその成果は直接的に構造物の確固たる安全性評価基準を与えることが期待される。

Outline of Annual Research Achievements

多結晶体の高温クリープによる破断に至るプロセスを再現するために、各粒界ファセット上の閉じた系で定義していたボイド生成・成長モデルを多結晶体の代表体積要素全体へと拡張するための検討および修正を行った。具体的には、各粒界ファセットの直応力分布を、粒界三重線上の化学ポテンシャルの連続性、各結晶粒および多結晶体全体のつり合い、および、最小ポテンシャルエネルギーの原理に基づき境界要素法よって求解する方法をグリーンの恒等式を利用して面積分から等価な線積分への変換することで定式化および実装した。その結果、各粒界ファセットに作用する直応力の平均値はこれまでのモデルと完全に一致することが示され、これまでのモデルとの整合性を確保しつつ、より一般化されたモデルを確立することができた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初開発を予定していた粒界上で閉じた系におけるボイド生成・成長モデルの限界を完全に解決する手法の開発に目処がたったため。

Strategy for Future Research Activity

開発した各粒界ファセット内部の応力分布を求解するアルゴリズムを拡張することで、ボイド生成・成長モデルの修正を行う。

Report

(4 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (5 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] Imperial College London(英国)

    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Int'l Joint Research] Imperial College London(英国)

    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Journal Article] Representative volume element model for quantitatively predicting the influence of 3D polycrystalline morphology on Coble creep deformation2023

    • Author(s)
      Shibanuma Kazuki、Fukada Taiga、Yasumoto Hideo、Tokuda Kenji、Kim Byung-Nam、Nikbin Kamran
    • Journal Title

      Materials & Design

      Volume: 226 Pages: 111635-111635

    • DOI

      10.1016/j.matdes.2023.111635

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Cobleクリープ変形の定量予測のための3次元多結晶体の代表体積要素モデル2023

    • Author(s)
      柴沼一樹、深田大雅
    • Organizer
      M&M2023 材料力学カンファレンス
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Integrated model for predicting deformation and cavity growth caused by Coble creep2022

    • Author(s)
      Taiga Fukada, Kazuki Shibanuma
    • Organizer
      European Conference on Fracture 2022
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2020-10-29   Modified: 2024-12-25  

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