核融合炉材料の使用条件下でのクリープ曲線の推定

Research Project

Project/Area Number	63055005
Research Category	Grant-in-Aid for Fusion Research
Allocation Type	Single-year Grants
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	及川洪東北大学, 工学部, 教授 (30005243)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	丸山公一東北大学, 工学部, 助教授 (90108465)
Project Period (FY)	1988
Project Status	Completed (Fiscal Year 1988)
Budget Amount *help	¥5,000,000 (Direct Cost: ¥5,000,000) Fiscal Year 1988: ¥5,000,000 (Direct Cost: ¥5,000,000)
Keywords	核融合炉材料 / 高温クリープ / 寿命予測 / クリープ曲線 / 非弾性解析 / 非熱的降伏応力 / 高温疲労 / 破壊
Research Abstract	核融合炉材料の使用条件下での長時間クリープ曲線を短時間試験から推定する方法を確立することを目的とし、以下の研究を行った。 1.長時間挙動推定法の確立:本研究で提案したクリープ構成式ε=εo+A{1-exp(-αt)}+B{exp(αt)-1}(1)の材料定数εo、A、Bとαは単純な応力・温度依存性を示し、長時間条件下での材料定数が容易にかつ精度よく推定できること、そして10倍程度長持間のクリープ曲線が容易に十分な精度で推定できることが確認された。 2.非熱的降伏応力を境としたクリープ挙動遷移:多くの材料では、最小クリープ速度や破断寿命が、ある応力を境として不連続な変化を示す。実験結果を低応力へ外挿する際には、このクリープ挙動遷移がなぜ起きるかを知っておかなければならない。本研究の結果、外力のみで転位が障害物を乗り越えられるようになる非熱的降伏応力を境として、クリープ挙動遷移が起きることが明らかになった。そして、実使用条件下での挙動を正しく把握するには、この降伏応力以下で試験を行なう必要があることが指摘された。 3.非熱的降伏応力以下でのクリープ-疲労相互作用:核融合炉は間歇的な運転条件で使用される可能性があり、変動応力下での長時間クリープ挙動やクリープ-疲労相互作用に関する知見も必要である。ところで、低サイクル疲労やクリープ-疲労相互作用に関する多くの研究は、非熱的降伏応力を越える応力や歪振幅で行われており、この降伏応力以下での挙動は十分には理解されていない。そこでこの低応力域に着目してサイクリッククリープ試験を行った。その結果、材料が実際に使われる非熱的降伏応力以下の領域では、静的クリープに比べて変形が遅れ、破断時間が長くなるという従来の定説とは逆の新しい知見が得られた。なお、疲労の影響で、低い歪量で急激な破断が起きることも分かった。