セラミックスの超高温引圧熱疲労試験装置の試作及び強度評価法の開発に関する研究

• 研究課題/領域番号: 62850021
• 研究種目: 試験研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 材料力学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 大谷 隆一 京都大学, 工学部, 教授 (50025946)
• 研究分担者: 村松 正光 東芝, 重電技術研究所, 主幹 ; 北川 正樹 石川島播磨重工業, 技術研究所金属材料部, 課長 ; 宇佐美 三郎 日立製作所, 機械研究所第3部, 主任研究員 ; 新田 明人 電力中央研究所, 狛江研究所原子力部, 主査研究員 ; 北村 隆行 京都大学, 工学部, 助手 (20169882) ; USAMI Saburo 3rd Department, Mechanical Engineering Research Laboratory, Hitachi, Senior Rese ; MURAMATSU Masamitsu Metallurgical Engineering Department, Heavy Apparatus Engineering Lab., Toshiba,
• 研究期間 (年度): 1987 – 1988
• 研究課題ステータス: 完了 (1988年度)
• 配分額: 12,600千円 (直接経費: 12,600千円); 1988年度: 3,500千円 (直接経費: 3,500千円); 1987年度: 9,100千円 (直接経費: 9,100千円)
• キーワード: セラミックス / 超高温引圧疲労 / 熱疲労試験装置 / 高温強度評価法 / 微小欠陥 / 微小き裂伝ぱ / 信頼性評価

研究概要

1.機械・構造物における熱疲労は、一般に熱ひずみの拘束によって生じるから、ひずみ制御のもとに正・負の繰返し荷重を受ける。セラミックス材料についても引張・圧縮の両振荷重が負荷できるように、従来の金属材料用の疲労試験機にくらべてはるかに軸芯のずれの少ない引圧疲労試験装置を試作した。 (大谷)
2.この試作装置と本体の構造、加熱方法、変位計等が異なるが、同じく引圧形の疲労試験機によるセラミックスの高温疲労試験が行われ、同じ結果が得られることがわかった。 (新田)
3.セラミックスの高温における衝撃破壊強度は、静的破壊強度と比較して決して劣るものではないことが明らかにされた。また、破壊強度の統一的評価法と信頼性設計手法が開発された。 (村松)
4.セラミックスの破壊に対する微小欠陥の役割を明らかにするために、金属材料と同様な考え方および方法によって評価し、ばらつきの小さい、信頼性の高い 「破壊応力-欠陥寸法」 関係を得た。 (宇佐美)
5.走査型電子顕微鏡内にて高温下でセラミックスのき裂伝ぱ試験を行い、き裂のその場観察によって安定成長の挙動を明らかにした。 (北川)
6.セラミックスと同様に塑性変形やクリープ変形の生じにくい高強度低延性ニッケル基超合金の熱疲労試験を実施し、素材およびガスタービン部品の破損強度評価を行った 。(佐近)。
7.クリープ疲労における微小き裂の発生と成長に関するモンテカルロシミュレーションを行い、確率論的アプローチの方法を示した。また、高温クリープ・キャビティのランダムな分布を考慮した損傷量の定義を試み、確率損傷力学の基礎を立てた。 (大谷、北村)

研究成果

• [文献書誌] 大谷隆一: 材料. 37. 283-288 (1988)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 大谷隆一: 日本機械学会論文集 (A編). 54. 1312-1316 (1988)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 大谷隆一: 第32回材料研究連合講演会前刷集. 215-220 (1988)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] R.Ohtani: 1989 ASME PVP Conference. (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 多田直哉: 日本機械学会材力講演会. (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Kitamura: NASA Technical Memo.100245. (1988)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Kitamura: NASA Technical Memo.101358. (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Kitamura: Plasticity '89 (The 2nd Int. Symposium on Plasticity). (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 新田明人: 第25回高温強度シンポジウム前刷集. 137-141 (1987)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 町田隆志: 日本機械学会論文集 (A編). 53. 1558-1565 (1987)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] S.Usami: Advanced Materials for Severe Service Applications,Edited by K.Iida and A.J.McEvily,Elsevier. 119-133 (1987)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 町田隆志: 日本機械学会東北支部盛岡地方講演会にて. (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 北川正樹: 第25回温度強度シンポジウム前刷集. 152-156 (1987)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 平田英之: 第25回温度強度シンポジウム前刷集. 147-151 (1987)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 岡部永年: 材料. 36. 1012-1017 (1987)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 岡部永年: 材料. 37. 1416-1422 (1988)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 佐近淑郎: 日本ガスタービンセミナー資料集. 51-58 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] R.Ohtani: ""High Temperature Creep-Fatigue"Current Japanese Materials Research, Vol.3" Elsevier, 280 (1987)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] R. Ohtani: "Creep Crack Propagation under Decreasing Load Condition" J. of Society of Materials Science. 37. 283-288 (1988)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] R. Ohtani: "Simulation of Initiation and EArly Propagation of Creep-Fatigue Small Cracks Based on the Model of Random Fracture Resistance of Grain Boundaries" Trans. JSME (Ser.A). 54. 1312-1316 (1988)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] R. Ohtani: "Numerical Simulation of Crack Initiation and Propagation in High-Temperature Creep and Creep-Fatigue" Preprint of 32th Congress of Materials Research. 215-220 (1988)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] R. Ohtani: "Numerical Simulation of Initiation and Early Propagation of Creep-Fatigue Small Cracks - Based on a Model of RAndom Fracture Resistance of Grain Boundaries" to be presented at 1989 ASME PVP Conference. (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] N. Tada: "Three-dimensional Simulation of Initiation and Propagation of Small Cracks in Creep-Fatigue" to be presented at the Sump. on Mechanics of Materials, JSME. (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T. Kitamura: "Creep Life Prediction Based on Stochastic Model of Microstructurally Short Crack Frowth" NASA Technical Memo. 100245. (1988)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T. Kitamura: "Stochastic Modeling of Crack Initiation and Short-Crack Growth Under Creep and Creep-Fatigue Conditions" NASA Technical Memo. 101358. (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T. Kitamura: "Stochastic Damage Variables Based on Randomly Distributed Micro-cavities in Creep Condition" to be presented at Plasticity '89 (The 2nd Int. Symposium on Plasticity). (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] A. Nitta: "Evaluation Tests of SiC Ceramics Fracture Strength under Tension-Compression Cyclic Loading at Ultra-High Temperatures" Preprint of the 25th Symposium on High-Temperature Strength of Materials, JSMS. 137-141 (1987)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T. Machida: "Effect of Flaw Size on Elevated Temperature Static Fatigue Limit of Silicon Nitride" Trans. JSME (Ser.A). 53. 1558-1565 (1987)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] S. Usami: "Fracture and Elevated-temperature Static-fatigue of Ceramics containing Small Flaws" Advanced Materials for Severe Service Application, Edited by K. Iida and A.J. McEvily, Elsevier. 119-133 (1987)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T. Machida: "Fatigue Lifetime and Fracture Process of beta"-alumina" submitted to Trans. JSME (Ser.A). (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] M. Kitagawa: "Development of Scanning Electron Microscope with Loading Apparatus in Elevated Temperature Environment and its Use for Observation of Crack Propagation in Ceramics" Preprint of the 25th Symposium on High-Temperature Strength of Materials, JSMS. 152-156 (1987)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] H. Hirata: "A Fracutre Strength Property and a Reliability Design for SiC Ceramics" Preprint of the 25th Symposium on High-Temperature Strength of Materials, JSMS. 147-151 (1987)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] N. Okabe: "Estimating Method of Material Strength Properties and Reliabioity for Ceramics" J. of Society of Materials Science, Japan. 36. 1012-1017 (1987)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] N. Okabe: "Probabilistic Estimation of Impact Fracture Strength of Ceramics" J. of Society of Materials Science, Japan. 37. 1416-1422 (1988)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T. Sakon: "Life of Gas Turbine Hot Parts" Proc. 17th Gas Turbine Seminar, Gas Turbine Society, Japan. 51-58 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] R. Ohtani: "High Temperature Creep-Fatigue" Current Japanese Materials Research, Vol.3. Elsevier, 280 (1987)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] 大谷隆一: 日本機械学会論文集(A編). 54. 1312-1316 (1988)
• [文献書誌] T.Kitamura: NASA Technical Memo.101358. (1989)
• [文献書誌] T.Kitamura: Plasticity '89(The 2nd Int.Symposium on Plasticity). (1989)
• [文献書誌] 町田隆志: 日本機械学会東北支部盛岡地方講演会にて. (1989)
• [文献書誌] 岡部永年: 材料. 37. 1416-1422 (1988)
• [文献書誌] 佐近淑郎: 日本ガスタービンセミナー資料集. 51-58 (1989)