| 研究課題/領域番号 |
09555027
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 展開研究 |
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| 研究分野 |
機械材料・材料力学
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
橋田 俊之 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (40180814)
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| 研究分担者 |
河合 久孝 三菱重工株式会社, 高砂研究所, 主査(研究職)
佐藤 一志 宮城工業高等専門学校, 機械工学科, 助教授 (80235324)
川崎 亮 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50177664)
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| 研究期間 (年度) |
1997 – 1998
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| キーワード | ガスタービン / 遮熱セラミックコーティング / 動翼リーディングエッジ / プラズマ溶射 / EB-PVD / レーザ加熱試験 / 熱疲労 / 界面破壊力学 |
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| 研究概要 |
ガスタービン動翼のリーディングエッジTBCを対象に、以下の研究を実施しTBCの特性評価技術ならびに寿命予測システムの開発を行った。
研究(1) プラズマ溶射法およびEB-PVD法によるTBCの試作
ZrOとNiC_1AIYを各々遮熱層およびボンドコートとするコーティングシステムを対象に、プラズマ溶射法およびEB-PVD法を用いた成膜技術の開発を行った。これにより、Ni合金を基材とし、上述のTBCシステムからなる円筒型試験片を作成した。
研究(2) TBC損傷の界面破壊力学的評価に関する研究
(2-1) レーザ加熱試験による特性評価:動翼リーディングエッジ部を模擬した円筒試験片を用い、レーザ加熱による熱衝撃/熱疲労の加速試験法を開発した。トリップ時の熱衝撃を模擬するために強制冷却サイクルを組み込んだ試験を実施し、AE法を併用した損傷過程、機構を追跡することにより最終的な脱落破壊が遮熱層の座屈に起因して冷却時に生じることを明らかにした。また、高温酸化の影響を温度条件と脱落破壊までの熱サイクル数との関係で示した。
(2-2) 界面き裂進展の数値シュミレーションコードの構成:動翼リーディングエッジ部を模擬した円筒モデルを対象にして、実機の形状と熱的環境を模擬した非定常熱応用力解析に基づく界面はく離き裂進展の有限要素解析コードを構成した。これにより界面き裂応力拡大係数を決定した。
研究(3) TBC寿命予測システムの開発
実験的に決定された界面き裂応力拡大係数と熱応力解析結果に基づき、動翼リーディングエッジ部の実機条件における熱疲労はく離き裂進展挙動の界面破壊力学的評価を行うことにより寿命予測システムを考案した。さらに、本法の妥当性をレーザ加熱法による加速試験結果に適用することにより示した。
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