2018 Fiscal Year Annual Research Report
Elusiodation of rapidly-accumed damage by synergism of ultra-low-cycle fatigue and creep in combustion chamber of rocket engine
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16H02427
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
佐藤 英一 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 教授 (40178710)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
早川 正夫 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 (50354254)
竹腰 正雄 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 主任研究開発員 (60371126)
森谷 信一 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 主幹研究開発員 (90392844)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ロケットエンジン / 銅合金 / クリープ疲労 / 累積損傷 / 非破壊検査 / 寿命予測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
液酸液水ロケットエンジンの高信頼化・繰り返し運用の最大の課題は、燃焼室内壁銅合金のクリープ疲労である。着火・停止による大ひずみ振幅の極低サイクル疲労と定常燃焼中の定応力クリープ変形という、発電プラント等ではあり得ない条件が重畳し、線形損傷則よりもはるかに急速な損傷蓄積が生じる。本研究では、クリープ疲労変形中の劣化損傷プロセスを定量的にモデル化し、広い条件範囲での定量的な寿命予測を行い、最終的には累積する損傷度を非破壊検査により定量的に評価することを目的とした。
析出硬化した銅合金と焼鈍した銅合金のどちらにおいても、燃焼サイクルを模擬したクリープ疲労試験において、単純クリープ試験・単純疲労試験と比較し大きな寿命低下が見られた。その原因として、クリープ疲労の各サイクル毎に、大塑性疲労変形の導入により、ひずみの蓄積が大きい遷移クリープが発現 することと、クリープ疲労寿命の後期に、疲労亀裂とクリープボイドが合体・連結することで損傷が一気に加速する、という二つの要因がわかった。特に焼鈍合金においては、逆遷移クリープが出現することが観察され、その原因として、大きな圧 縮応力の負荷による転位導入に伴い加工硬化が生じると，直後のクリープ開始時のひずみ速度は低下するが，クリープ中に転位が回復し変形が容易になり逆遷移クリープが発現する、ということがわかった。
累積損傷度を定量的に評価する技術確立のため、途中止めクリープ疲労試験で損傷度のわかった試験片を準備し、①渦電流探傷法、②非線形超音波法、③陽電子消滅法、④レプリカ法の各種非破壊検査手法により欠陥と信号との対応関係を明らかにし、それを基に燃焼室の損傷度を推定した。この中で、渦電流探傷法および陽電子消滅法において寿命推定の可能性が示された。
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| Research Progress Status |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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