| 研究課題/領域番号 |
20KK0084
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| 研究種目 |
国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分18:材料力学、生産工学、設計工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
柴沼 一樹 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (30611826)
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| 研究分担者 |
横堀 壽光 帝京大学, 公私立大学の部局等, 教授 (00124636)
尾関 郷 帝京大学, 公私立大学の部局等, 講師 (10781528)
田淵 正明 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, グループリーダー (60354239)
松永 哲也 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, 主幹研究員 (30595905)
佐原 亮二 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, グループリーダー (30323075)
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| 研究期間 (年度) |
2020-10-27 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
18,850千円 (直接経費: 14,500千円、間接経費: 4,350千円)
2022年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2021年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
2020年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
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| キーワード | 高温クリープ / マルチスケール / マルチフィジックス / モデル / 破壊力学 / 損傷力学 / クリープ / マルチスケールモデル |
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| 研究開始時の研究の概要 |
粒界空孔拡散現象を対象とした「マルチスケール・マルチフィジックスモデル」と「非破壊時系列計測技術」を構築し、両者を統合して現象を支配する物理を体系化することで、これまで不可能であった高温クリープ損傷による構造体寿命の『予測』を実現する。本研究は「損傷力学に基づく帰納的アプローチ」と「微視的機構に基づく演繹的アプローチ」に接点を見出し統合する挑戦的な試みであり、またその成果は直接的に構造物の確固たる安全性評価基準を与えることが期待される。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、高温クリープ損傷を記述する理論的体系化を目的として、「マルチスケールモデルの構築」と「妥当性検証・因子評価」の2段階で研究を行った。前者では、結晶粒、粒界ファセット、三重線、四重点からなる微視組織モデルに、粒界移動・拡散を扱う粒成長モデルおよび粒界相対速度と拡散流束に基づくボイド生成・成長モデルを連成し、多結晶体の損傷進展を再現可能な枠組みを構築した。後者では、応力－ひずみ速度関係が理論式と一致することや、実験と比較してボイド形成が高精度に再現されることからモデルの妥当性を確認した。さらに、応力状態や粒径分散などが与える影響を定量評価し、モデルの設計ツールとしての有効性を示した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究は、高温クリープ損傷に関するナノ・ミクロからマクロに至るメカニズムを統合的に記述可能とする理論枠組みを構築した点に学術的意義がある。これにより、従来は個別に扱われていた結晶粒成長やボイド生成・成長といった素過程を連成的に捉え、時間依存性のある損傷挙動を高精度に予測することが可能となった。社会的には、様々な高温機器に用いられる耐熱材料の長寿命化や信頼性評価の高精度化に貢献しうる。特に、設計段階において応力状態や微視構造の影響を定量的に把握することで、過剰な安全率を排しつつ、安全かつ効率的な材料・構造設計が可能となる点で、材料開発や設備運用の最適化に資する重要な成果である。
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