実機稼働を模擬した不規則波下におけるタービン用材料の高温フレッティング疲労

1988 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 62550053
• 研究機関: 長岡技術科学大学
• 研究代表者: 武藤 睦治 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (00107137)
• 研究分担者: 岡崎 正和 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (00134974) ; 田中 紘一 長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (90143817)
• キーワード: 疲労 / フレッティング疲労 / 変動荷重 / 高温 / ショットピーニング / 破壊力学 / 寿命評価 / 蒸気タービン用鋼

研究概要

蒸気タービン用部材を用いて、実機稼働時に作用する荷重を模擬した多段多重重複荷重と、より不規則な荷重変動を想定したガウス性疑似ランダム荷重について、室温および高温(773K)でフレッティング疲労試験を行った。さらに、高温フレッティング疲労強度の改善に対してショットピーニング処理の有効性を検討するため、長時間高温にさらしたショットピーニング材のフレッティング疲労試験を行った。その結果次の結論を得た。
(1)実機稼働を模擬した多段重複荷重下のフレッティング疲労には、室温および高温のいずれにおいても、修正マイナー則がよく成立する。重複荷重の1単位中の繰返し数を大幅に変化させた試験結果にもとづくと実機のヘレッティング疲労寿命の推定に修正マイナー則を適用することは妥当である。
(2)ランダム荷重下のフレッティング疲労寿命は変動応力の実効値(rms値)を用いることにより整理でき、室温および高温とも一定振幅荷重下のS-N曲線とほぼ一致した。
(3)一定振幅荷重下およびランダム荷重下の疲労き裂伝は試験結果をもとに、弾塑性破壊力学的手法にもとづき、模擬した多段重複荷重下およびランダム荷重下のフレッティング疲労寿命の推定を試みた。その結果推定値は実験値とよく一致し、荷重変動のある場合のフレッティング疲労寿命推定にも本手法が有効であることがわかった。
ショットピーニングにより導入された表面残留応力は、773Kにさらされると急速に定価するが、その後ほとんど変化せず、疲労強度を改善する程度の残留応力レベルを保持している。そのため、高温においてもフレッティング疲労寿命の改善に対し、ショットピーニングが有効であることがわかった。

研究成果

• [文献書誌] 佐藤豊一,武藤睦治,田中紘一,岡崎正和,角田英治: 日本機械学会論文集. 55. (1989)
• [文献書誌] 佐藤豊一,武藤睦治,田中紘一,岡崎正和,角田英治: 日本機械学会論文集. 55. (1989)
• [文献書誌] Y.Mutoh;T.Satoh;K.Tanaka;E.Tsunoda: Fatigue ＆ Fracture of Engineering Materials ＆ Structure. 13. (1989)
• [文献書誌] T.Satoh;Y.Mutoh;K.Tanaka;M.Okazaki;E.Tsunoda: To be presented in 3rd Conf.of APCS. (1989)
• [文献書誌] 佐藤豊一,町田勝美,武藤睦治,田中紘一,角田英治: 機械学会関西支部講演会.
• [文献書誌] 武藤睦治,軽部進,佐藤豊一,田中紘一,角田英治: 機械学会全国大会講演会.