Spectra thermal fatigue tests under frequency controlled fluid temperature variation; Superposed sinusoidal temperature fluctuations tests

流体温度変動周波数制御型熱疲労試験SPECTRA; 重畳波試験

川崎 信史 ; 高正 英樹*; 小林 澄男; 長谷部 慎一; 笠原 直人

Kawasaki, Nobuchika; Takasho, Hideki*; Kobayashi, Sumio; Hasebe, Shinichi; Kasahara, Naoto

温度ゆらぎの疲労強度に対する周波数効果(周波数に依存する温度伝達及び応力変換割合減衰効果)を明らかにするために、正弦波温度ゆらぎを重畳させた熱疲労試験が実施された。温度振幅200度0.05Hzと温度振幅60度0.5Hzの正弦波を組合せた2重畳波の温度ゆらぎと温度振幅150度0.2Hz,温度振幅75度0.05Hz,温度振幅50度0.5Hzの正弦波を組合せた3重畳波の温度ゆらぎが試験温度条件である。20秒の基本周期に対し2重畳波の試験では73,810サイクルの3重畳波の試験では116,640サイクルの試験が実施された。熱疲労き裂発生位置は、両試験において、試験体入口部から400から600mmの位置であった。き裂発生位置における疲労寿命をパワースペクトラム密度関数と周波数伝達関数を用いて評価したところ、ファクター3の精度をもって試験寿命を評価できた。周波数効果を考慮せずに、疲労寿命を評価する場合は、疲労寿命を本手法に対しワンオーダー保守的に評価することから、これらの関数を用い周波数効果を考慮することが、高精度の寿命評価には必要となることがわかった。

To clarify frequency-dependent attenuation effects of fluid temperature fluctuation on fatigue strength, thermal fatigue strength tests subjected to superposed sinusoidal temperature fluctuations were performed by the SPECTRA test facility. After these fatigue tests, cylindrical test pieces were cut away from the test loop, and cracks were observed on the inner surface of the test pieces. Fatigue lives at crack initiation positions were evaluated based on the test conditions. Adopting power spectrum density functions and frequency transfer functions, fatigue lives were predicted within a factor 3.