2022 Fiscal Year Annual Research Report
せん断型疲労き裂進展下限界に基づく析出強化型Ni基超合金の疲労強度評価手法の確立
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21K20407
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| Research Institution | Fukuoka University |
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Principal Investigator |
田中 佑弥 福岡大学, 工学部, 助教 (50904588)
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2021-08-30 – 2023-03-31
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| Keywords | Alloy718 / 破壊力学 / せん断型疲労き裂 / 開口型疲労き裂 / き裂進展駆動力 / き裂進展下限界値 / 疲労限度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Ni基超合金Alloy 718は極低温～高温の幅広い温度領域において優れた機械的性質や良好な耐食性を示し，ロケットエンジンの主要構成材料として使用されている．また近年，人工衛星打上げや宇宙ステーションへの物資輸送のコスト削減に向けロケットブースターの再利用に関心が高まっているが，再利用ブースターの安全性保証では疲労破壊の問題が懸念事項となっている．しかし，Alloy 718の疲労限度決定メカニズムに関する統一的な知見は得られておらず，この材料の疲労強度評価手法は未だ確立されていない．以上の背景のもと，Alloy 718の疲労強度を力学的根拠にもとづいて定量的に評価できる手法を確立することを目的とし，本研究では，各種疲労試験（疲労き裂進展試験，引張圧縮疲労試験，ねじり疲労試験）およびき裂先端近傍の弾性応力場の解析を実施した．
本研究で実施した各種疲労試験により，Alloy 718においては，開口型き裂の進展に要する駆動力の下限界値（き裂進展下限界値，ΔKIth）に比べ，せん断型のき裂進展下限界値ΔKτthが小さいことが明らかになった．また，き裂先端近傍の弾性応力解析により，代表的な力学条件下におけるき裂の開口型およびせん断型進展に対する駆動力を定量評価した．一連の研究成果から，Alloy 718の疲労限度は開口型とせん断型のき裂進展駆動力の大小関係と，ΔKIthとΔKτthの競合関係が組み合わさった複雑な条件に支配されていることを明らかにするとともに，Alloy 718の疲労限度を定量的に評価する手法を提案した．
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