2018 Fiscal Year Annual Research Report
Quantitative evaluation of hydrogen embrittlement under elevated temperature based on a newly-proposed local parameter
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16K05980
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| Research Institution | Fukuoka University |
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Principal Investigator |
山辺 純一郎 福岡大学, 工学部, 教授 (20532336)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤川 正毅 琉球大学, 工学部, 助教 (70549047)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 疲労き裂進展 / 水素拡散 / 有限要素法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
炭素鋼ＪＩＳ－ＳＭ４９０Ｂの疲労き裂進展（ＦＣＧ）特性に及ぼす水素ガス圧力，試験周波数および試験温度の影響についての実験を行うとともに，有限要素法（ＦＥＭ）を用いた水素拡散・弾塑性連成解析により水素によるＦＣＧの加速を予測可能な局所パラメータについて検討した．ＦＣＧ試験は，コンパクト・テンション（ＣＴ）試験片を用いて行われた．試験因子（圧力，試験周波数，温度）の中で，ＦＣＧ速度に及ぼす水素ガス圧力の影響は小さかった．一方，ＦＣＧ速度に及ぼす試験周波数の影響は顕著で，水素ガス圧力にも依存するが，試験周波数が小さくなるとＦＣＧ速度は一旦加速したのち減速した．試験温度については，試験温度が高くなるほど，ＦＣＧ速度の加速が生じる応力拡大係数幅が高い値にシフトするとともに，ＦＣＧ速度の加速率は小さくなった．水素拡散・弾塑性連成解析では，鈍化き裂まわりの水素濃度勾配に注目し，連成解析より得られた「き裂先端の水素濃度勾配」と任意のしきい値を用いて疲労き裂進展加速の発生を評価した．き裂近傍が強塑性域ということを考慮し，冷間加工を施した炭素鋼を用いた実験により有限要素解析に必要な水素拡散特性を取得した．室温における実験データを対象として解析を実施した結果，実験で行われた全条件について，ＦＣＧ加速の有無（加速しているか否か）を正確に分類できた．さらに，任意のしきい値の水素濃度勾配以上となる水素侵入深さを「有効拡散距離」と定義し，ＦＣＧ加速の有無に加えて加速率を予測した．その結果，「有効拡散距離」を新たな局所パラメータとして用いることで，水素によるＦＣＧの加速の有無だけでなく加速率についても精度よく予測できた．
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