2018 Fiscal Year Research-status Report
Development of process-based discretized model for ceramic thermal barrier coatings
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18K03847
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
荒井 正行 東京理科大学, 工学部機械工学科, 教授 (40371314)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 非線形Cohesiveモデル / Brickモデル / 有限要素解析 / 溶射条件 / スプラットアスペクト比 / スプラット割れ / スプラット界面割れ / 荷重―たわみ曲線 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2018年度では，研究実施計画に従い，(1)プラズマ溶射条件における粒子速度とスプラットのアスペクト比の関係式を構築した．構築した式は，スプラットアスペクト比が粒子の運動エネルギー(Ke)のべき乗に比例するというものである．(2)異なるプラズマ溶射条件のもとで成膜したTBC試験片から，セラミックス層を抽出した．そして抽出された薄膜状試験片の荷重―たわみ曲線（応力ーひずみ曲線に相当）を取得した．これにより，粒子の運動エネルギーが低下するにつれて，破断までのたわみ量が増加すること，すなわちTBCが延性化する傾向にあることを明らかにした．試験後の断面組織に基づいて，スプラット割れとスプラット界面割れの比率を調べたところ，粒子の運動エネルギーの低下に伴ってスプラット割れからスプラット界面割れに比率がシフトしていることがわかった．このようなき裂の進展経路の違いが破断延性を増加させたものと考えられた(3)非線形Cohesiveを考慮したBrickモデルを構築するとともに，有限要素解析コードにユーザーサブルーチンを利用して組み込んだ．そして，項目(1)のアスペクト比に基づきBrickモデルを構築し，有限要素解析を実施した．この結果，溶射条件によらず荷重―たわみ曲線は実験結果に完全に一致することがわかった．さらにスプラット割れとスプラット界面割れの比率も観察結果に一致していることを明らかにした．以上により，本研究で開発した非線形Cohesive-Brickモデルにより単調負荷下でのTBCの変形・損傷過程を正確に予測できることを示した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初予定していた研究実施計画における単調引張負荷下でのTBCの変形・損傷シミュレーションまで終了した．また，き裂発生と進展もシミュレーションできることを示した．以上により，当初の計画以上に進展しているものと判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
研究実施計画に従い，Brickモデルのさらなる高精度化を進めていく．具体的には，Brickモデルにおける長方形形状を基本として，これにアルキメデス平面充填の概念を取り入れる．そして，平面充填におけるパターン形状を工夫することでTBCのさらなる破壊延性改善に向けた指針を得ていく．これにより当初想定していた研究の到着地点をさらに発展させていく．
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| Causes of Carryover |
次年度使用額（B-A）として658円の差額が発生した．これは，消耗品購入に際して生じた端数金額である．当該差額については物品費に割り当てて次年度使用する．
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