| Project/Area Number |
23K04001
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 22010:Civil engineering material, execution and construction management-related
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| Research Institution | National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology |
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Principal Investigator |
高橋 一比古 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, 海上技術安全研究所, 研究員 (30425748)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
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| Keywords | 疲労き裂 / 鋼構造物 / 補修 / き裂進展抑制シート / 電着析出物 / くさび効果 / 含水ジェル / 湿潤環境 / き裂進展速度 |
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| Outline of Research at the Start |
疲労き裂内で電着析出反応が促進されるような湿潤環境及び電気化学的回路を、現場で簡便かつ局所限定的に形成して一定期間保持し、発生した硬い電着析出物のくさび効果により、き裂進展を効果的に抑制できるき裂進展抑制シートを創製する。
湿潤環境及び電気化学的回路を局所限定的に実現する手段として、元々はヘルスケア用に開発された高含水率の含水ジェルを用い、これに電解液を含浸させて流電陽極層と共に鋼・アルミ合金等の試験片に適用して疲労試験を行い、有効性を検証する。CO2を供給する通気孔を設けるなど通気手段の最適化を図ると同時に、反応を促進する要因として電解液の組成や流電陽極層の材質／構造についても検討を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
海水中に浸漬し、電気防食を施された構造物に疲労き裂が生じると、き裂の内部に硬い電着析出物が生じ、所謂くさび効果によってき裂進展速度が大幅に抑制される場合があるが、この現象を大気中のほぼ乾燥した状態で稼働する構造物に利用する技術はこれまで見当たらなかった。
そこで本研究では、き裂内で電着析出反応が促進されるような湿潤環境及び電気化学的回路を、現場で簡便かつ局所限定的に形成して一定期間保持し、発生した硬い電着析出物のくさび効果により、従来は困難であったき裂先端近傍においてもき裂の進展を効果的に抑制できるき裂進展抑制シートを創製する。適度な湿潤環境及び電気化学的回路を局所限定的に実現する手段として、元々はヘルスケア（冷却）用に開発された高含水率の含水ジェルを用い、これに電解液を含浸させて流電陽極層と共に鋼・アルミ合金等の試験片に適用して疲労試験を行い、有効性を検証する。また、反応を促進する因子として、電解液の組成や流電陽極層についても検討する。
2023年度は、アルミ合金製の切欠き付き平板試験片を用いたき裂進展試験を行い、き裂進展抑制シートの有効性について検証した。具体的には、市販の含水ジェルシートを塩水及び人工海水に浸漬したものを用いて含水添加物の影響をみるとともに、外部電源を用いた流電陽極層の効果についても比較検討を行った。
その結果、試験片の片側に含水ジェルシートを貼付して外側から外部電源による直流電圧1.0Vを付与したアルミ箔導電テープを流電陽極層として適用し、試験片の反対側は通気口として解放した場合、含水として塩水及び人工海水を用いると、き裂進展抑制効果が発現し、母材ままの場合に対する寿命比はそれぞれ3.8倍及び7.1倍となった。鋼製の平板試験片に関する予備試験の結果も含め、これまでに得られた成果をまとめ、溶接学会の溶接疲労強度研究委員会において講演を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまでに、予備試験も含め、鋼およびアルミ合金製の切欠き付き平板試験片を用いたき裂進展試験を行い、き裂進展抑制シートの有効性について検証した。具体的には、市販の含水ジェルシートを塩水及び人工海水に浸漬したものを用いて含水添加物の影響をみるとともに、亜鉛箔の導電性テープや外部電源を用いた流電陽極層の効果についても比較検討を行った。
その結果、鋼製平板試験片においては、人工海水の含水ジェルシートに亜鉛箔の導電性テープを流電陽極層として積層した場合の母材ままの場合に対する寿命比は6.0倍となり、き裂周辺の母材をあまり腐食させることなく、き裂進展を抑制できることが判明した。
一方、アルミ合金製平板試験片においては、試験片の片側に含水ジェルシートを貼付して外側から外部電源による直流電圧1.0Vを付与したアルミ箔導電テープを流電陽極層として適用し、試験片の反対側は通気口として解放した場合、含水液として塩水及び人工海水を用いると、き裂進展抑制効果が発現し、母材ままの場合に対する寿命比はそれぞれ3.8倍及び7.1倍となった。2023年度は、これまでに得られた成果をまとめ、溶接学会の溶接疲労強度研究委員会において講演を行った。
以上、種々の実験を通して貴重な研究成果が得られ、おおむね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
2024年度は、前年度に引き続き、鋼やアルミ合金の切欠き付き平板試験片にき裂進展抑制シートを適用したき裂進展試験を行い、進展抑制効果に影響する様々な因子や進展抑制のメカニズムについて検討する予定である。影響因子としては、前年度に実施した含水添加物や流電陽極層の効果に加え、CO２の供給や応力比の影響等についても調べる予定である。また、上記平板試験片よりも厚板の試験片を用いた場合の有効性や、実用化に向けた課題及び対策についても検討する予定である。
実験及び解析で得られたデータや知見については、随時研究発表や論文投稿、特許出願等を行っていく所存である。
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