| 研究課題/領域番号 |
26820015
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| 研究機関 | 沼津工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
松田 伸也 沼津工業高等専門学校, 機械工学科, 講師 (10550460)
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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 | き裂の分岐 / 寸法効果 / 臨界温度差 / リングクラック発生強度 / ばらつき |
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| 研究実績の概要 |
本年度では，初めにセラミック軸受球に対応した自由落下式水中急冷熱衝撃試験機を構築した．その後，構築した試験機を用いて①セラミック軸受球の熱衝撃による巨視的割れ形態と臨界温度差および②熱衝撃後の接触強度と損傷形態を調査した．その要約を以下に示す．
①球径3/8inchおよび9/32inchの2種類について水中急冷熱衝撃試験を実施した．き裂発生温度差に対してき裂発生確率を割り付けてワイブル解析を行い，臨界温度差を決定した．その結果，試験片寸法の増大とともに臨界温度差は低下し，ワイブル理論に基づき評価できた．また熱衝撃を受けたセラミック軸受球は，表面層に巨視的なき裂が発生し，分岐を繰り返しながら進展していた．さらに割れた試験片について破面観察を行った結果，極表面層に介在物が観察された．したがってセラミック軸受球の熱衝撃による巨視的割れは，極表面層に存在する介在物周りに最大引張熱応力が作用し，応力拡大係数が臨界値に到達して起こると考えられる．
②熱衝撃を受けたセラミック軸受球（熱衝撃材）および処女材に対して球圧子押込み試験を実施した．このとき熱衝撃材は，①で得られた実験結果を考慮して，巨視的割れが発生しなかった試験片について調査し，初期に発生するリングクラック（RC）を破壊の指標とした．その結果，巨視的な観察からはRC発生形態に大きな相違は観察されなかった．しかしながら，熱衝撃材のRC発生荷重は処女材と比較して熱衝撃温度差が大きいほど低下し，ばらつきも大きくなった．RC発生位置もまた処女材と比較してばらつく傾向が見られた．
以上のことより，熱衝撃を受けたセラミック軸受球に対する基礎的な強度特性および破壊形態のデータベースが得られた．
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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
当初の計画通り，熱衝撃を受けたセラミック軸受球の巨視的割れおよび接触損傷に関するデータベース化を進めることができた．まだデータベースとしては十分とは言えない段階ではあるが，それぞれの強度特性や破壊形態の知見が得られた．ゆえに，おおむね順調に進展していると自己評価した．
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| 今後の研究の推進方策 |
熱衝撃による巨視的割れに関して，さらに異なる球径のセラミック軸受球に対して実験を行い，破壊形態，臨界温度差およびその確率特性に関してデータベース化を進める．その後，FEM解析およびデータベースを基に破壊力学観点から巨視的割れ発生と臨界温度差の関係について理論的に検討する．
熱衝撃後の接触損傷に関して，特に①接触強度の低下，②接触強度のばらつき，③リングクラック発生位置のばらつきの３点に注目し，追実験を行うとともに，それらの関連性についてさらに実験的に検討する．その後，データベースを基に破壊力学的観点から３点について理論的に検討する．
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