2020 Fiscal Year Research-status Report
実機から採取した微小素材を用いた高温多軸引張クリープ試験による寿命評価法開発
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19K04089
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| Research Institution | University of Fukui |
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Principal Investigator |
旭吉 雅健 福井大学, 学術研究院工学系部門, 准教授 (30342489)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 多軸 / クリープ / 寿命評価 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高効率火力発電施設のボイラー配管や航空エンジンのタービン動翼の余寿命診断や安全性保障のためには，構造材料の高温クリープ損傷評価が不可欠である。とくに，それらの部材は，自身の複雑な形状や使用環境温度の変動等に起因して多軸応力に曝されることから，多軸でのクリープ検証が要求される。さらに，実機の任意の局所位置から採取した素材を使って実験検証するためには，検証に用いる試験片の寸法を小さくすることも要求される。
研究代表者は，一辺が50mmの小型十字型試験片を用いた高温多軸クリープ実験手法を提案している。本研究課題では，その小型十字型試験片の中央標点部のみに対象素材を用いる溶接タイプ十字型試験片を用いた多軸クリープ実験手法を開発する。具体的には，一辺が十数mm程度の微小素材に，別途準備する荷重負荷用腕部をマイクロ溶接して実験検証に使用する十字型試験片を構築する。
2年目である2020年度は，有限要素法解析シミュレーションを用いてマイクロEB溶接の位置や，荷重負荷用腕部の材質が標点部の高温変形に及ぼす影響等を調査した。さらに，オーステナイト系ステンレス鋼を用いた要素試験を行い，EB溶接状態を確認した。
その結果，EB溶接位置は試験片中央から7mmを目標値としているが，実際の溶接位置が最大で12.5mmに移動せざるを得ない条件であっても標点部の応力には影響を及ぼさないことがわかった。さらに，標点部と異なる素材を荷重負荷用腕部に用いた場合には，等二軸引張条件であっても，高温クリープ時に標点部の変形には異方性が生じることが明らかとなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
年度前半は新型コロナウィルス感染対策として機関への立ち入りが制限されたこともあり，実験検証が計画通りには進まなかったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
実験検証において，要素試験は開始できているものの，寿命評価法開発に必要な系統的な実験検証は開始できていない。さらに，本課題で対象としている高温クリープ現象は実験室での基礎検証レベルでも数百時間を要する現象である。
2021年度は，SUS304鋼等のオーステナイト系ステンレス鋼を対象として溶接タイプ試験片を作成して実験検証するが，その際の実験条件を見直してデータ取得に要する時間を短縮することを計画している。すなわち，高温環境での材料の破壊メカニズムが著しくは異ならない範囲を考慮しながら，負荷荷重を増大させたり環境温度を高める工夫を施す。
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| Causes of Carryover |
実験検証が計画通りに実施できなかったため，次年度使用額が生じた。
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