| 研究課題/領域番号 |
26420468
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| 研究機関 | 近畿大学 |
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研究代表者 |
崎野 良比呂 近畿大学, 工学部, 准教授 (80273712)
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| 研究分担者 |
廣畑 幹人 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50565140)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | レーザピーニング / 疲労 / 残留応力 / 溶接 / 大型試験体 / ショットピーニング |
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| 研究実績の概要 |
近年、小型化が著しいQ スイッチYAG レーザの使用を前提とした、今までにない｢携帯型レーザピーニング装置｣を実用化するため、低パルスエネルギーでの最適な施工条件が溶接部でも適用可能か否かを明らかにする。さらに疲労強度向上効果を定量的に明らかにする。
本研究によって携帯型レーザピーニング装置の開発に必要なデータが得られ、実際の装置の開発に着手することが可能となる。携帯型レーザピーニング装置を用いる事ができれば、高所・狭隘部にも容易に適用でき、工場のみならず現場でも容易に用いることができる疲労強度向上手法となる。
本年度は大型曲げ疲労試験体による疲労強度向上効果の定量的把握を行った。26年度に用いた小型試験体の疲労試験では容易に多くの試験体を実験できるためパラメトリックな相対比較には有効であるが、疲労強度が実際の部材より大きく評価されてしまう。そのため定量的な効果の把握はできない。そこで、26年度に選定したレーザピーニング（以下LPと称す）のピークエネルギー20mJでの施工条件を使用し、定量的な評価が可能な大型曲げ試験体を用いた疲労試験により、効果の確認と疲労強度の定量的把握を行った。試験体として、長さ500mm，幅150mm，板厚9mmの鋼板にリブを回し溶接した大型曲げ試験体を用いた。試験には研究代表者の所属機関が所有する100kN疲労試験機と26年度に開発した曲げジグを用いた。その結果、大型試験体でも低出力LPの疲労強度向上効果が明らかとなった。さらに、LPの施工範囲についても検討を行った。その結果、施工範囲を20×30mmから10×30mmに狭くしても効果に影響がないとの予想に反して、狭いと効果が低下する場合があった。今後検討が必要である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究の研究協力者をプロジェクトマネージャー（PM）として26年9月より開始された革新的研究開発推進プログラム（ImPACT）｢ユビキタス・パワーレーザーによる安全・安心・長寿社会の実現｣において、超小型マイクロチップレーザーの高出力化（＞20mJ、＜1kg）を目的とした研究において、ピークエネルギー20mJのレーザー発信器の開発が進められ、27年12月に｢小型パワーレーザーの利活用に関するFS公募｣が開始された。本研究では、このプログラムで開発された小型パワーレーザーをレーザピーニングに適用すべく、PMにヒアリングする等情報を入手すると共に、FSにも応募した。今後も情報を適宜本研究に反映していく予定である。
27年度実施予定の大型曲げ疲労試験体による疲労試験は、頭書ピークエネルギー10mJでの実験も予定していたが、ImPACTプログラムでピークエネルギー20mJの小型パワーレーザーの開発に目処がついてきたので、10mJの実験は取りやめ、施工範囲をパラメータとした実験を行った。実用化のためには必要となるデータである。
これに加え、今回行った大型試験体による曲げ疲労試験での疲労寿命と、既往の研究で行ってきた引張での疲労寿命の比較に関する実験も行った。これにより、これまでの疲労試験データとの比較が可能となった。
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| 今後の研究の推進方策 |
28年度は、昨年度と同様大型曲げ疲労試験体による疲労強度向上効果の定量的把握を行う。昨年度のデータを補間すべく、同様の試験体を作成し、LPを施工した後に疲労試験に供する。LPの施工条件は昨年同様、ピークエネルギー20mJの条件とする。また、昨年度おこなった施工範囲をパラメータとした実験であるが、ばらつきが大きかったので28年度も再度実施する。
さらに、これまで明らかになっていない低出力レーザピーニングによる溶接部の板厚方向残留応力分布についても検討を行う。本研究は、別予算によってX線残留応力測定装置が28年度購入できることになった事によって実施可能となった。
LPのモデル化についてもさらに研究を進める。LP後の溶接部の残留応力分布が解析できれば、効果的な施工法(レーザの条件，施工位置，施工順序等)が予め検討できる。そこで、定量的に残留応力を再現できるモデルの検討と施工前に残留応力が存在する溶接部でのモデル化を検討する。これにより、溶接による残留応力を考慮してもLPの残留応力生成が予測できるモデルの構築を目指す。28年度は、昨年度のモデルの問題点を洗い出し、実験結果をうまく説明できる様に改良する。
なお、頭書の申請書で実施を予定していた実大部材での疲労試験は、ImPACTプログラムで開発された小型パワーレーザーを用いて施工した部材で実施する方が実用化に向けて効率的であるので、実用化される29年度以降そちらで行う事を考えている。
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