一様大気泡雲式高速水中水噴流ピーニングの効果向上に関する流体工学的研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14655075
• Research Institution: Saitama Institute of Technology
• Principal Investigator: 大場 利三郎 埼玉工業大学, 大学院・工学研究科, 教授 (40006169)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 巨 東英 埼玉工業大学, 工学部, 助教授 (10255143) ; 伊藤 幸雄 八戸工業大学, 工学部, 教授 (70006196) ; 内山 恒久 埼玉工業大学, 先端科学研究所, 特別研究員
• Keywords: 噴流 / ピーニング / ノズル / 残留応力 / キャビテーション / 気泡雲 / 渦 / 通気

Research Abstract

一様大気泡雲式水中水噴流ピーニング用ノズルの特性改善を目指して,既存ノズルの中では最優秀とされているホーンノズルの高速出口側から通気するという改良ノズルから噴出する大気泡雲内のキャビテーション衝撃圧分布を感圧紙法により組織的の解明した。その結果,この様な出口側の通気によって,気泡雲内の衝撃圧分布の一様性を損なう渦輪キャビテーションの影響が大幅に弱められ,衝撃圧分布の一様性が大幅に向上するという事実が判明したので,この種のピーニング法を大幅に改善出来るという明るい見通しを得た。したがって,今後は,最適通気量に関する総合的研究が必要と考えている。
また,ノズル出口高速側ホーンの微小形状変化によっても大気泡雲内のキャビテーション衝撃圧分布が著しく変化する事実も確認し,この様な微小形状変化によっても衝撃圧分布を大幅の改善出来るという見通しも得た。よって今後は,一様大気泡雲式水中水噴流ピーニング法を確立するためには,ノズル出口側ホーンの最適形状に関する組織的研究も必要となる。
この様な気泡雲に関する画期的に高速(露出時間は5ns)の写真観測の結果,液体の局所的破壊すなわちホールキャビテーションの徴候を明りょうに認めた。この結果は,最も破壊的なキャビテーションと理論的に考えられていたホールキャビテーションの存在を実証したもので,この種のピーニング法を画期的に改善出来る見通しを与えるばかりでなく,新しいキャビテーション学の発展に繋がるものとして注目に値する。
さらに,この種のピーニング法を用いてハスバ歯車の表面をピーニングした.X線回折法を用いて,ピーニングした歯車表面の残留応力を測定した結果から,均一的に歯車表面の強度を向上させることが確認できた.

Research Products

• [Publications] 内山恒久, 岡林和彦, 大場利三郎: "一様大気泡雲式水中水噴流ピーニング用ノズルの特性改善に関する研究"一部は埼玉工業大学修士学位論文. 42-57
• [Publications] D.Y.JU, T.Uchiyama, H.Machida, T.Kanawa, R.Oba, Y.Sunayama, H.Tsuda: "Improvement of Residual Stress In Gear Using Water Peening by A Cavitation Jet Technique"Journal of Materials Science Forum, Trans Tech Publications. Vols.404-407. 635-640 (2002)
• [Publications] 津田 紘, 内山恒久, 巨 東英, 大場利三郎: "ウオータージェットピーニングによる歯車表面の残留応力改善"日本材料学会第51期学術講演会講演論文集. 227-228 (2002)