2019 Fiscal Year Annual Research Report
Fatigue fracture analysis and reliability estimation of ceramic ball subjected to thermal shock under variable temperature difference
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17K14563
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| Research Institution | Kagawa University |
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Principal Investigator |
松田 伸也 香川大学, 創造工学部, 講師 (10550460)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 寸法効果 / 熱衝撃疲労寿命分布 / ワイブル分布 / 安定き裂成長 / 変動熱衝撃応力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2017年度前半では，現有する熱衝撃試験機を自由落下式の水中急冷繰返し熱衝撃疲労（CTSF）試験装置へ改良した。2017年度後半から2018年度では，改良した試験機を用いて，サイズ3/8 inchのセラミック軸受球に対して一定温度差および２段変動温度差でのCTSF試験を実施した。これより，巨視的なCTSF損傷形態および寿命分布特性をデータベース化するとともに，安定き裂成長（SCG)則およびワイブル分布の組合せより構築した確率論的モデルにより理論解析を実施した。最終年度では，軸受球のサイズを可変してデータベース化するとともに寸法効果を考慮した確率論的モデルへ拡張して具体的に理論解析した。最終年度の本研究成果の要約を以下に示す。
１．温度差条件や軸受球のサイズによらず，いずれも極表面層において1点を起点としてき裂が発生し，その後，進展と分岐が生じる破壊形態を示した。き裂発生起点付近の破面には破壊起点である介在物が観察された。
２．一定温度差での繰返し熱衝撃試験で得られた温度差と破壊繰返し数の関係は，与えた温度差の低下に伴って，破壊繰返し数は増加する傾向を示した。これは寸法が大きくなれば，同じ温度差においても破壊繰返し数は低下した。
３．1サイクルの熱衝撃を与えた後，それより低い温度差でのCTSF寿命分布特性は，寸法効果も考慮した確率論的モデルによる予測値と概ね一致した。一方で，それより高い温度差での繰返し熱衝撃疲労寿命分布特性について本モデルによる予測値は高破壊確率側では過小評価したが，その傾向は概ね一致した。以上の解析結果より，寸法が可変しても変動温度差によってCTSFメカニズムは変化せず，本モデルによって定量的に評価できることを示した。
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