2017 Fiscal Year Research-status Report
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17K05378
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| Research Institution | Hiroshima Kokusai Gakuin University |
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Principal Investigator |
高石 武史 広島国際学院大学, 工学部, 教授 (00268666)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 水素脆化 / フェーズフィールド / 数理モデル / 数値シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
モードIIIき裂進展用に導出された数理モデルと同様の手法を用い、拡散された水素原子の濃度と破壊靭性値の関係と、き裂及び損傷を表すフェーズフィールドの値と拡散係数の関係を考慮した、水素脆化き裂進展数理モデルの3次元化を行った。また、この3次元数理モデルを用いて、主としてき裂面を開口するような変位を与えるモードIき裂進展に注目し、既に提案した、水素拡散による材質の脆化と、き裂の進展に伴う拡散現象の加速をとりこんだモデル化で、き裂先端近傍での水素密度上昇が再現できるか検証した。ここでは、1本の初期き裂からのモードIき裂進展において、開口側の面から1本の初期き裂を通り水素原子が拡散する設定で数値シミュレーションを行った。計算結果においてき裂進展方向における水素濃度分布に注目すると、拡散係数の上限値と下限値の比率が1000程度の場合にはき裂進展開始直前に先端近傍に局所的に水素原子濃度が高くなる領域が発生し、き裂進展に伴いその領域が置き去りにされていることがわかった。一方、拡散係数の上限値と下限値の比率が100000程度の場合には水素原子はき裂先端近傍まで速やかに拡散しており、水素原子濃度の分布はき裂先端に向かって単調減少していることがわかった。これらの結果より、ここで採用された数理モデルによりき裂先端近傍において水素原子が局所的に高濃度になる現象を再現する場合があることがわかった。また、材料内での拡散の速度差により高濃度領域が再現するかどうかが決まる可能性を示唆している
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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
3次元数理モデルの導出については、モードIIIき裂進展モデルと同様の方針で行い、予定通り出来上がった。また、このモデルを利用したモードIき裂進展の数値シミュレーションにおいては、き裂進展が開始する直前に水素原子の局所的な高濃度領域ができる場合と、そうでない場合が、水素原子の拡散係数の変化と対応していることがわかり、このモデルでき裂先端近傍における水素原子濃度の分布を再現できる可能性があることが予想される。
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| Strategy for Future Research Activity |
モードI,II 変形におけるき裂先端部の高濃度領域形成について，材質の脆化とき裂進展速度及びき裂形状の関係を解明する。具体的には、i) き裂先端付近での2次元水素濃度分布とき裂進展の関係の検討、ii) 実験結果の調査と比較によるモデルの検証、iii) 平衡状態の方程式の導出によるき裂断面解との関係性の検討を行う。
また、次年度に計画している3次元シミュレーションのために、iv) 水素脆化き裂進展3次元数値シミュレーションコードを開発する。
ii) について比較できる対象が少ない場合には、一般の化学反応に伴う脆化現象にも広げて調査を行う。iii) について具体的な方程式の解の導出が難しい場合には、数値的に解を構成するなどして検討を行う。
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| Causes of Carryover |
インテルコンパイラの購入において、次年度以降のライセンス更新料を抑えるためにパッケージを変更した。物価変動により次年度購入予定のデータ解析用PCの購入金額が不足することが予想されるため、本年度分から27,552円を次年度に繰り越して、PC購入時に合わせて使用することとした。
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