Establishing a creep life prediction methodology for heat-resistant structures at high temperatures
| Project/Area Number |
20KK0084
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| Research Category |
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 18:Mechanics of materials, production engineering, design engineering, and related fields
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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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)
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| 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)
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| Project Period (FY) |
2020-10-27 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| 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)
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| Keywords | クリープ / マルチスケールモデル / 破壊力学 / 損傷力学 |
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| 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。
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| Outline of Annual Research Achievements |
多結晶体の幾何学的特徴を再現する「微視組織モデル」、粒界相対速度理論に立脚した「クリープ変形モデル」、および、粒界上の作用応力平衡理論に立脚した「ボイド生成・成長モデル」を統合化した粒界拡散クリープモデルを純ニッケルを用いた平滑材標準クリープ試験に適用し、その妥当性を検証した。実験で取得した断面の粒界ボイドの生成確率を負荷方向と粒界の成す角度で整理することで独自の評価指標を考案した。ボイド生成状況に関する実験結果とモデルによる計算結果の比較を行った結果、両者は極めて良い一致を示し、開発したモデルの妥当性を立証した。
さらに、多結晶体粒界拡散クリープモデルによる計算結果に基づき、試験片や実機などの構造スケールの巨視的なクリープ挙動を再現可能なマルチスケール解析を実現するために、均質化法の概念を参考にしたデータ駆動型モデルの開発を行った。具体的には、多結晶体粒界拡散クリープモデルを用いて想定されるひずみテンソル・応力テンソルの範囲に対するひずみ速度テンソルの応答のデータベースを構築し、これを有限要素解析のクリープ構成方程式として用いるための探索アルゴリズムを開発した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
実験結果との比較による開発モデルの妥当性検証では、両者が非常に良い一致を示し、従来不可能であった粒界拡散クリープによるボイド生成・成長の定量的な再現に成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
構造スケールのクリープ挙動を再現するためのマルチスケールモデルの開発を完了し、実験との比較検証を実行する。さらに、多くの実験結果が存在する短期クリープ試験との比較を実現するために、粒界拡散クリープに加え、転位クリープのメカニズムをモデルに組込み、統合化を図る。
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Report
(3 results)
Research Products
(3 results)
