2020 Fiscal Year Research-status Report
Research on a technique of restraining fatigue crack growth using wedge effects of corrosion products
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20K04677
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| Research Institution | National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology |
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Principal Investigator |
高橋 一比古 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (30425748)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 疲労き裂 / 鋼構造物 / 補修 / き裂進展抑制 / 腐食生成物 / くさび効果 / 含水ジェル / 湿潤環境 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
疲労き裂の内部に腐食生成物が生じると、所謂くさび効果によってき裂進展速度が大幅に抑制される場合がある。腐食環境下におけるき裂の進展挙動は、くさび効果による抑制作用と、腐食溶解等による加速作用のせめぎ合いとなるため、前者が相対的に卓越するような適度な湿潤環境をき裂内に作り出すことができれば、き裂進展を効果的に抑制することが可能となる。そこで本研究では、適度な湿潤環境をき裂内で局所限定的に実現する手段として、元々はヘルスケア（冷却）用に開発された高含水率の含水ジェルシートを用い、き裂進展抑制技術としての有効性について検証する。
2020年度は、切欠き付き平板試験片を用いたき裂進展試験を行い、含水ジェルシート適用の効果について検証した。含水ジェルシートには市販のものを用い、酸素供給用の通気口を設けた場合についても試験を行った。また、含水添加物の影響に関する検討を当初の実施計画よりも前倒しして、塩水や人工海水を含ませたジェルシートを試作し、その効果を定量的に調べた。加えて、酸素供給手段として通気の替わりに酸化剤ジェルを塗布した場合についても試験を行った。含水ジェルの乾燥を防止するための乾燥防止膜としては、透明多孔膜やマグネットシートを用い、各々の効果を比較検討した。
その結果、試験片の片側に含水ジェルシート及びマグネットシートを適用し、反対側は通気口として解放した場合、母材のみの場合と比較して約1.6倍の寿命延伸効果が得られた。更に、同じ条件で含水液体として水の替わりに塩水（3%NaCｌ水溶液）及び人工海水を用いると、き裂進展抑制効果は更に増大し、母材のみの場合に対する寿命比はそれぞれ3.8倍及び6倍となった。
含水ジェルシートによるき裂進展抑制の基本原理については、申請時に既に特許出願済みだが、今年度は更に上記データや新規アイデアを加味して国内優先権主張出願を行った。
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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
2020年度は、平板試験片を用いたき裂進展試験を行い、含水ジェルシート適用の効果について実験的に検証した。含水ジェルシートには市販のものを用い、酸素供給用の通気口を設けた場合についても試験を行った。また、当初の実施計画を前倒しして、塩水や人工海水を含ませたジェルシートの効果についても定量的に調べた。加えて、酸素供給手段として通気の替わりに酸化剤ジェルを塗布した場合についても試験を行った。含水ジェルの乾燥を防止するための乾燥防止膜としては、透明多孔膜やマグネットシートを用い、各々の効果を比較検討した。
その結果、試験片の片側に含水ジェルシート及びマグネットシートを適用し、反対側は通気口として解放した場合、母材のみの場合と比較して約1.6倍の寿命延伸効果が得られた。更に、同じ条件で含水液体として水の替わりに塩水及び人工海水を用いると、き裂進展抑制効果はそれぞれ3.8倍及び6倍となり、顕著に増大した。
含水ジェルシートによるき裂進展抑制の基本原理については申請時に特許出願済みだが、今年度は更に上記データや新規アイデアを加味して国内優先権主張出願を行った。
以上、種々の実験を通して貴重な研究成果が得られ、特許出願も行っており、おおむね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度は、前年度に引き続き、切欠き付き平板試験片に含水ジェルシートを適用したき裂進展試験を行い、進展抑制効果に影響する様々な因子について検討する予定である。影響因子としては、前年度に前倒し実施した含水添加物のほか、流電陰極層の効果についても調べる予定である。また、上記平板試験片よりも厚板の鋼試験片を用いたき裂進展試験についても、試験片形状や試験方法に関して検討を加える予定である。
実験及び解析で得られたデータや知見については、随時研究発表や論文投稿、特許出願等を行っていく所存である。
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| Causes of Carryover |
2020年度計画に「試験片取り付け治具」として50万円を計上していたが、使用した平板試験片（板厚5 mm）は既存の油圧チャックにより取付可能であったため、残余分は次年度に繰り越した。また、含水ジェルシートは当初、特注品として製作を外注する予定であったが、市販品を加工することで代替が可能と判断し、製作費として計上していた予算は次年度に繰り越した。2021年度以降は厚板試験片を用いたき裂進展試験についても実施を検討する予定であり、流電陰極層関連の計測器等も別途必要になると思われるため、繰り越した予算はそれらに適宜充当していく予定である。
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