2018 Fiscal Year Research-status Report
Fatigue fracture analysis and reliability estimation of ceramic ball subjected to thermal shock under variable temperature difference
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17K14563
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| Research Institution | Kagawa University |
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Principal Investigator |
松田 伸也 香川大学, 創造工学部, 講師 (10550460)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 熱衝撃疲労寿命分布 / ワイブル分布 / 安定き裂成長 / 変動熱衝撃応力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
２０１８年度では，改良した自由落下式水中急冷繰返し熱衝撃疲労（CTSF）試験装置を用いて，２０１７年度では十分に構築できなかった処女軸受球（３/８inch）の一定および変動温度差下でのCTSF特性データベース（寿命分布特性，破壊形態）を構築した．その後，破壊力学および確率論的観点から理論解析を行った．その成果の要約を以下に示す．
１．変動温度差に依存せず極表面層において，ある一点を起点としてき裂が発生し，その後，進展と分岐が生じる破壊形態を示した．
２．高い温度差ΔT1から低い温度差ΔT2へ切り替えたとき，一定温度差ΔT2での寿命と比較して低寿命側へシフトした．またそのばらつきは，1サイクル目で与える温度差ΔT1が高いほど大きい傾向を示した．また低い温度差ΔT2から高い温度差ΔT1へ切り替えたとき，その寿命とばらつきは，一定温度差ΔT1での寿命と比較して高寿命側へシフトし，大きい傾向を示した．
３．安定き裂成長（SCG）理論とワイブル分布を組合わせることで変動温度差による変動熱衝撃応力に対応した確率論的モデルを構築した．一定温度差でのデータベースを基に材料定数を決定して予測することで上記1の実験データと比較した．その結果，一定および２段変動温度差でのCTSF試験から得られた特異な疲労寿命分布特性は，本モデルによる予測値と概ね一致した．これより，本モデルの妥当性を検証できた．本結果は，変動温度差によってCTSFメカニズムは変化しないことを意味している．
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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
確率論的モデルを構築し，その理論値と実験値がおよそ一致した点が大きな成果である．すなわち，今後のデータベース化において，より計画的に実施できる．最終年度では目的を達成できる見通しができたため，おおむね順調に進展していると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度では球径を変化させてCTSF特性のデータベース化を行い，寸法効果を考慮したモデルを構築することで理論的な観点から明らかにする予定である．その後，実機を模擬した温度領域下でのCTSF寿命に対する外挿法による実質信頼性評価を目指す．
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| Causes of Carryover |
当初の研究計画では，研究成果を学会や論文投稿にて発表するための予算を計上していた．昨年度の遅れを取り戻した状態であり，次年度において2件の学会発表するための交通費および参加費の予算として回している．また論文投稿までにはいまだ実験および解析が至っていないことが主な理由である．次年度では，本研究を総括するまでまとめ，論文投稿を目指す．
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