| 研究課題/領域番号 |
16K06815
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| 研究機関 | 東京都市大学 |
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研究代表者 |
白木 尚人 東京都市大学, 工学部, 教授 (20298011)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | X線CT装置 / 球状黒鉛鋳鉄 / 疲労試験 / 疲労限度 / 欠陥 / 集合黒鉛 / 引け巣 / 破壊起点 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では，高分解能Ｘ線CT装置により観察された球状黒鉛鋳鉄の最大欠陥から疲労限度予測し，疲労試験による実測値と比較を行うことで，非破壊的手法を用いた疲労限度予測の可能性について検討した．供試材は引張強さが361MPaの球状黒鉛鋳鉄であり，平均黒鉛粒径は67μm，黒鉛球状化率は66％である．疲労試験片の形状と寸法は，JISの１号疲労試験片に準拠した．なお，試験片平行部は，#2000番のエメリーペーパーで研磨後，粒径1μmのアルミナ砥粒で研磨し，鏡面仕上げとした．
欠陥の観察には，東芝ITコントロールシステム社製，TOSCANERを用いた．欠陥分析箇所は，試験片平行部およびR部とした．解析した試験片数は，データの容量および解析時間の関係から２本の試験片（それぞれ，FCD-1,FCD-2と称する）について行った．いずれの試験片も球状化した黒鉛および引け巣が観察された．このＸ線CT画像から解析した欠陥を矩形近似し，その矩形面積の平方根√areaの求めたところ，それぞれ，918μm，900μmであった．軸荷重疲労試験は，島津製作所製電気油圧式サーボパルサー疲労試験機を用い，荷重繰返し数17Hz，応力比R=-1，室温大気中で行った．
各試験片の破断面の破壊起点部の電子顕微鏡写真とＸ線CT画像を比較すると，FCD-1はＸ線ＣＴ画像では引け巣と判断されたが，実際の破壊起点は集合黒鉛であった．一方，FCD-2試験片では，Ｘ線ＣＴ画像と電子顕微鏡の画像の破壊起点は，明らかに同一の欠陥であり，引け巣であった．疲労試験により疲労限度を求めた結果， FCD-2では，Ｘ線CT画像の結果と破面からの推定結果がほぼ等しくなった．しかし，実際の疲労限度と約5～7％の差があり，まだ十分な推定とは言えない．これは，Ｘ線ＣＴ装置の解像度や解析手法によるものと思われる．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
本学では，X線CT装置を所有しておらず，他機関の装置を借用する必要がある．しかし，企業や公設試験機関ではX線CT装置を所有しており，比較的安価で借用することが可能であるが，専門のオペレータではない場合があり，試験的に解析したところ，装置の性能を十分に発揮出来ず，本研究の目的をクリアできないことが明らかとなった．いくつかの装置メーカーに問い合わせたところ，近年X線CT装置の解像度や透過率は年ごとに向上し，鋳造部材関連の利用だけでなく，多くの工学分野において利用があり，借用するに際して，装置の借用時間の確保が難しい．また，借用料金も前述の公設機関よりも高額である．本研究の遂行においては，まずX線CT装置により疲労試験片の欠陥解析を行い，そのデータを元に疲労試験を行う必要がある．前述した様に平成28年度は本研究の目的にかなう装置の選定に時間がかかり，有効なデータはほとんど得られていない状況である．
一方，研究代表者は平成28年度より学内運営において重責を負うことになり，当初申請の際に記したエフォートを下回り，十分な研究検討時間を確保できないことにある．
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| 今後の研究の推進方策 |
本学では，X線CT装置を所有しておらず，他機関の装置を借用する必要がある．いくつかの装置メーカーに問い合わせたところ，平成28年度末に適切に対応して頂ける装置メーカーとの交渉がまとまり，約2ヶ月に１回程度利用出来ることとなった．費用に関しても，本研究課題の科研費の範囲で利用出来ることとなり，平成29年5月よりX線CT装置の使用が可能となった．解析が完了した試験片から，疲労試験を行うことで，有効なデータが順次得られると予想される．
一方，研究代表者の学内運営は平成28年度より負担が軽減してはいないが，この学内運営業務を効率化することにより，その分を研究時間に当てることが可能となり，当初申請の際に記したエフォートで研究課題を遂行することが可能になると思われる．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本学では，X線CT装置を所有しておらず，他機関の装置を借用する必要がある．いくつかの装置メーカーに問い合わせたところ，平成28年度末に適切に対応して頂ける装置メーカーとの交渉がまとまり，約2ヶ月に１回程度利用出来ることとなった．平成28年度末に利用に関する交渉がまとまったが，利用料支払いに至らなかったため．
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| 次年度使用額の使用計画 |
平成28年度末に適切に対応して頂ける装置メーカーとの交渉がまとまり，約2ヶ月に１回程度利用出来ることとなった．費用に関しても，本研究課題の科研費の範囲で利用出来ることとなり，平成29年5月よりX線CT装置の使用のための費用に充当する予定である．
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