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論文

Evaluation of residual stress relaxation in a rolled joint by neutron diffraction

林 眞琴*; Root, J. H.*; Rogge, R. B.*; 徐 平光

Quantum Beam Science (Internet), 2(4), p.21_1 - 21_16, 2018/12

The rolled joint of pressure tube, consisting of three axial symmetric parts, modified SUS403 stainless steel, Zr-2.5Nb pressure tube and Inconel-718, has been examined by neutron diffraction for residual stresses. It was heat treated at 350$$^{circ}$$C for 30, 130 and 635 hours to simulate the thermal aging of the rolled joint over the lifetime of the advanced thermal reactor at 288$$^{circ}$$C for 1, 5 and 30 years. The crystal lattice strains at various locations in the rolled joint before and after the aging treatments were measured by neutron diffraction and the residual stress distribution in the rolled joint was evaluated by using the Kroner elastic model and the generalized Hooke's law. In the crimp region of the rolled joint, it was found that the aging treatment had weak effect on the residual stresses in the Inconel and the SUS403. In the non-aged Zr-2.5Nb, the highest residual stresses were found near its interface with the SUS430. In the Zr-2.5Nb in the crimp region near its interface with the SUS430, the average compressive axial stress was -440 MPa, having no evident change during the long-time aging. In the Zr-2.5Nb outside closest to the crimp region, the tensile axial and hoop stresses were relieved during the 30 hours aging. The hoop stresses in the crimp region evolved from an average tensile stress of 80 MPa to an average compressive stress of 230 MPa after the 635 hours aging, suggesting that the rolled joint had a good long-term sealing ability against the leakage of high temperature water.

論文

Rapid measurement scheme for texture in cubic metallic materials using time-of-flight neutron diffraction at iMATERIA

小貫 祐介*; 星川 晃範*; 佐藤 成男*; 徐 平光; 石垣 徹*; 齋藤 洋一*; 轟 秀和*; 林 眞琴*

Journal of Applied Crystallography, 49(5), p.1579 - 1584, 2016/10

AA2016-0186.pdf:1.13MB

 被引用回数:7 パーセンタイル:26(Chemistry, Multidisciplinary)

The authors have developed texture measurement system on a time-of flight neutron diffractometer, iMATERIA (BL20, MLF/J-PARC, Japan). Quantitative Rietveld texture analysis for a duplex stainless steel was possible with one neutron beam exposure for several minutes without sample rotation. The minimum number of diffraction spectra required for the Rietveld texture analysis was experimentally determined as $$sim$$100. The suggested rapid measurement scheme used 132 spectra and determined volume fractions of texture components in both ferrite and austenite phases, quantitatively. This quantitative and rapid measurement scheme was established by utilizing the features of iMATERIA as a powder diffractometer, i.e. fairly high resolution in d-spacing and numerous detectors equipped in a wide range of scattering angle.

論文

陽子加速器を用いた新しい中性子源とその利用

日野 竜太郎; 横溝 英明; 山崎 良成; 長谷川 和男; 鈴木 寛光; 曽山 和彦; 林 眞琴*; 羽賀 勝洋; 神永 雅紀; 数土 幸夫*; et al.

日本機械学会誌, 107(1032), p.851 - 882, 2004/11

中性子は物質科学,生命科学等の先端的科学研究を推進するうえで不可欠であり、より大強度の中性子源が強く要望されている。この要望に応えるため、日米欧においてMW級陽子ビームによる核破砕反応を利用した新しい中性子源の開発・建設が進められている。我が国では、日本原子力研究所と高エネルギー加速器研究機構が共同で核破砕中性子源の建設を中核とした大強度陽子加速器計画を進めている。本計画における核破砕中性子源は既存の研究炉(JRR-3)よりも中性子強度が2桁以上高い性能を有しており、先端的科学研究を推進するとともに、中性子利用による新産業創出に貢献することを目的としている。本小特集号では、大強度陽子加速器計画の核破砕中性子源において、何ができるのか,何に使えるのか,何がわかるのか,何に役立つのかを具体的に示し、核破砕中性子源の設計・開発・製作状況を液体重金属技術等の基盤技術とともに紹介する。併せて、世界最高強度・性能の陽子加速器システム及び大強度中性子の利用系における新技術・知見を紹介する。

論文

Measurement of residual stress in structural components by neutron diffraction

林 眞琴*; 大城戸 忍*; 森井 幸生; 皆川 宣明

Materials Science Research International, Special Technical Publication, 1, p.418 - 423, 2001/05

中性子の進入深さは、X線に比べ大きい。ステンレス鋼の配管等では10mm厚の管壁は十分に測定可能である。そのため、中性子回折法により応力腐食割れ、疲労き裂進展の応力による変化を求め寿命予測を行うことができる。日本では、このような目的研究を含んで、日本原子力研究所のJRR-3M原子炉中に残留応力解析用中性子回折装置が設置され研究が進展している。ここでは、今まで行われてきた研究として、弾性定数の指数依存性に伴う弾性定数の求め方、き裂進展に伴う応力再分配の測定,集合組織を持つ材料で作られたアルミニウム冷やし填め試料の残留応力評価方法について発表する。

論文

Evaluation of residual stress redistribution behavior with crack extension

大城戸 忍*; 林 眞琴*; 森井 幸生; 皆川 宣明

Materials Science Research International, Special Technical Publication, 1, p.435 - 438, 2001/05

き裂進展が発生することにより、その材料内部の応力が再分布することは知られている。中性子回折法によりステンレス鋼304パイプ(内径$$phi$$=97.1mm,厚さt=8.9nm)で作られた突合せ溶接継手配管を用い、放電加工により導入したき裂により再応力分布の状態を測定し評価した。導入したき裂は、配管内部にき裂深さaと試料厚さtの比率a/tが0.25及び0.5でアスペクト比a/cが0.1と0.5(cはき裂1/2長さ)である。き裂導入前の応力分布と、導入後の応力分布を比較するとともに、有限要素法による予測分布を比較し評価を行った。その結果き裂の最も深い点でのき裂に沿った残留応力分布がき裂先端部分で変化したにもかかわらずき裂途中部分では大きな変化がないことがわかった。

論文

IN718ショットピーニングの中性子回折法による残留応力測定

皆川 宣明; 盛合 敦; 斎藤 徹; 田中 啓介*; 秋庭 義明*; 林 眞琴*; 大城戸 忍*

日本材料学会第36回X線材料強度に関するシンポジウム講演論文集, p.263 - 265, 2000/09

中性子回折法により、VAMAS TWA-20で作成したインコロイIN718材両表面にショットピーニング加工を施したRound Robin試料の測定を行い、50~100$$mu$$mの表面深さに残留する応力を測定した。VAMASは国際標準化のためのプロジェクトであり、測定方法、手順等を決めるための一環として各国研究機関で同一試料を持廻りで測定を行っている。その測定手法等を含み、本文中で紹介している。

論文

中性子およびX線法によるSiC粒子強化アルミニウム合金の相応力測定

秋庭 義明*; 田中 啓介*; 竹園 拓也*; 林 眞琴*; 森井 幸生; 皆川 宣明

材料, 47(7), p.755 - 761, 1998/07

炭化ケイ素粒子で強化したアルミニウム合金は、新材料として期待されている。複合材料の製造工程において、SiC強化粒子と母材アルミニウム合金の熱膨張係数の差による残留応力の導入はさけることが出来ない。そのため、複合材料中の粒子および母材各相の応力を非破壊で測定し、応力と材料強度の関係を解明することを試みた。非破壊による残留応力測定はJRR-3ガイド棟に設置した中性子回折装置を用いて行った。その結果SiC相の負荷応力に対する相応力の変化率は、予測値に非常に近い値を得ることが出来た。今後有益な測定手段であることが分かった。

論文

中性子回折による炭素鋼配管突合せ溶接継手の残留応力

林 眞琴*; 石渡 雅幸*; 森井 幸生; 皆川 宣明

材料, 45(7), p.772 - 778, 1996/07

大型構造物の溶接部周辺で疲労や応力腐食割れが進展すると、溶接残留応力がき裂部で解放されるため、き裂前方の残留応力が再分布し、それに伴って応力拡大係数の分布も変化し、き裂進展挙動が初期の残留応力分布から予想される挙動より変化する。き裂進展を考慮した高精度な余寿命予測のためには、構造物内部における表面き裂進展に伴う残留応力の再分布を非破壊で評価できる技術の開発が必要である。そのため、有限要素法による解析評価法の開発、中性子回折法による残留応力測定技術の確立を推進中である。残留応力を精度良く評価するために必要な弾性定数の回折面依存性を測定し、各回折面の弾性定数は巨視的な弾性定数を補正することにより、Kronerの単結晶に対する解析に良く一致することが明らかになった。これを元にソケット継手溶接部の残留応力の測定を行いひずみ取り焼鈍により残留応力の緩和挙動を評価した。

論文

中性子回折によるソケット溶接継手の残留応力の測定

林 眞琴*; 石渡 雅幸*; 皆川 宣明; 舩橋 達

材料, 44(507), p.1464 - 1469, 1995/12

中性子回折法による残留応力測定の応用として発電プラントの小口径配管に使用されているソケット継手の溶接ルート部の残留応力を中性子回折法により測定すると共に、ひずみ取り焼鈍による残留応力の緩和挙動を評価した。

口頭

TOF回折データシミュレーションによるJ-PARC茨城県生命物質構造解析装置の設計パラメータ最適化

日下 勝弘; 大原 高志; 田中 伊知朗*; 新村 信雄*; 栗原 和男; 細谷 孝明; 尾関 智二*; 相澤 一也; 森井 幸生; 新井 正敏; et al.

no journal, , 

茨城県が原子力機構の協力のもとJ-PARC, MLFに建設を開始した生命物質構造解析装置(BIX-P1)は最大格子長約150$AA $の単結晶試料の回折データが測定可能で、現存する最高性能の生体高分子用中性子回折計BIX-3,4(JAEA)の100$$sim$$150倍の測定効率を目指している。本装置はこの高い測定効率を実現するため、結合型減速材を配するビームラインに設置される。しかし、結合型減速材からの中性子ビームはパルス時間幅が広く、隣接する反射が時間・空間方向に重なりを示すことが予想される。よって、装置設計パラメータはこのブラッグ反射の重なりとその分離を考慮し決定しなければならない。そこで、われわれは回折計の設計パラメータをもとにTOF回折データをシミュレーションする3つのプログラムを独自に開発し、(1)反射重なりシミュレーションによる光学系パラメータと試料-検出器間距離の検討,(2)ブラッグ反射の収率シミュレーションによる最適な検出器配置と高効率な測定方法の検討,(3)ブラッグ反射の時間方向のプロファイルシミュレーションによる反射分離方法の考察を行った。本発表ではそれぞれの検討・考察の結果を報告する。

口頭

Current status of IBARAKI biological diffractometer in J-PARC; Detector configuration and data reduction

日下 勝弘; 大原 高志; 田中 伊知朗*; 新村 信雄*; 栗原 和男; 細谷 孝明; 尾関 智二*; 相澤 一也; 森井 幸生; 新井 正敏; et al.

no journal, , 

茨城県がMLF施設に設置予定の生命物質構造解析装置は現存する最高性能の生体高分子用中性子回折計BIX-3の50倍以上の測定効率を目指して設計・開発が進められている。本装置はこの高い測定効率を実現するため、結合型減速材を配するビームラインに設置することが決まっている。結合型減速材からの中性子ビームはパルス時間幅が広いため、隣接するブラッグ反射が時間・空間方向に重なりを示すことが予想される。われわれはこれらの重なりを持つ反射の分離機能を含むTOF回折データ処理ソフトウェアを新たに開発しなければならない。また高い測定効率を実現するうえで、最適な検出器配置の検討も必要である。そこでわれわれは、装置性能指数及びTOF回折データを装置設計パラメータをもとにシミュレーションするプログラムを開発し、そのシミュレーションの結果をもとに、最適な検出器配置,データ測定戦略,反射分離戦略の検討を行ったのでこれを報告する。

口頭

産業利用のためのトライアルユース実験における中性子残留応力測定の成果

齊藤 徹; 林 眞琴*; 小林 晋昇*; 森井 幸生

no journal, , 

製造業界において、近年の価格競争に伴う製造コスト削減を目的とした製造工程の見直し、材料の製作・加工技術の向上、安価な外国製材料の使用等が検討又は実際に行われている。そのため、材料強度としての安全性・信頼性の検討は最重要課題である。メーカーにおいてはX線応力測定による表面近傍の応力・ひずみ評価、又は、有限要素法解析(FEM)等による材料表面及び内部の評価は行ってはいるものの、非破壊測定による製品内部の応力・ひずみ評価を試みている企業は少ない。2006年春より、文部科学省の委託事業の一環として中性子利用技術移転推進プログラムが開始されており、中性子残留応力測定に関する分野においても、これまでに幾つかのトライアルユース実験が行われてきた。JAEAにおける産業利用のためのトライアルユース実験(中性子応力測定)の現状紹介として、これまで行ってきた幾つかのトライアルユース実験の成果について紹介する。

口頭

産業利用のための残留応力評価に関するトライアルユース実験の成果

齊藤 徹; 林 眞琴*; 森井 幸生; 小林 晋昇*

no journal, , 

2006年春より文部科学省の委託事業の一環として中性子利用技術移転推進プログラム(通称:トライアルユース)が開始されており、中性子残留応力測定に関する分野においても、これまでに幾つかのトライアルユース実験が行われてきた。これらの実験では、ボイラー水管の応力評価,大型構造物を模擬した引張試験による溶接近傍内部のひずみ分布評価等について行った。また、産業界からの測定ニーズは高いものの中性子応力測定では困難とされてきた粗大結晶粒材について、揺動法による中性子応力測定への適用可能性についても検討を行った。日本原子力研究開発機構(JAEA)における産業利用のためのトライアルユース実験(中性子応力測定)の現状紹介として、これまで行ってきた幾つかのトライアルユース実験の成果について紹介する。

口頭

高温その場観察による燃料電池用水素伝導材料中の水素分布の特定

井川 直樹; 長崎 正雅*; 田口 富嗣; 星川 晃範*; 石垣 徹*; 森井 幸生*; 林 眞琴*

no journal, , 

燃料電池は、高効率・分散型の発電装置として実用化が進められているが、耐久性の向上や作動温度の低温化など、普及のための課題も多い。特に、心臓部を担うイオン伝導体の性能向上が重要であり、そのために材料中の「水素の挙動を把握・理解する」ことがひとつの鍵となる。本研究では、燃料電池用水素伝導材料中の水素分布を中性子回折により求める目的の第一歩として、ベースとなる材料の結晶構造の温度変化を高温電気炉中その場観察により調べた。測定温度範囲で空間群${it Pm}$-3${it m}$の立方晶ペロブスカイト構造を保っていた。各原子の原子変位パラメータは10Kにおいて既にかなり大きいが、温度の上昇に伴ってさらに大きくなっている。この挙動は、局所構造の静的・動的な乱れ「水素の拡散に大きな影響を与える」を反映していると考えられる。

口頭

iMATERIA中性子回折によるバルク集合組織測定技術の開発

徐 平光; 星川 晃範*; 石垣 徹*; 鈴木 徹也*; 秋田 貢一; 森井 幸生*; 林 眞琴*; Lutterotti, L.*

no journal, , 

For most metallic materials, in order to realize good balance among strength, ductility, toughness and formability, it is very important to optimize their microstructures and crystallographic textures as well as their alloy compositions. The time-of-flight neutron diffraction enables to measure various whole diffraction patterns of a textured material simultaneously at different scattering angles using different neutron detectors. In this presentation, the current status and its prospect of bulk texture evaluation technique using iMATERIA time-of-flight neutron diffractometer will be reported, including Omega-axis rotatable sample exchanger for rapid measurements and Omega/Kai 2-axes rotatable goniometer for in situ texture evolution studies. Moreover, the Rietveld texture analysis technique implemented in MAUD (Materials Analysis Using Diffraction) has been employed here to overcome the beam shielding effect of environmental equipment on texture measurement.

口頭

Rapid bulk texture measurement using iMATERIA time-of-flight neutron diffraction

徐 平光; 星川 晃範*; 石垣 徹*; 鈴木 徹也*; 秋田 貢一; 森井 幸生*; 林 眞琴*; Lutterotti, L.*

no journal, , 

The rapid texture measurement of bulk metallic materials is required not only for the precise formability control of commercial sheet products, but also for the thermomechanical process optimization of new materials. Different with the angle dispersive neutron diffraction with a single-tube/1-D neutron detector, the time-of-flight neutron diffraction enables to measure various whole diffraction patterns of a textured material simultaneously at different scattering angles using different neutron detectors. At J-PARC center, iMATERIA time-of-flight neutron diffractometer was employed to establish a reliable technical environment for rapid bulk texture measurements. In order to reduce the measurement time and improve the reliability, the proper refinement of detector stereographic coverage range and the corresponding increment of independent diffraction patterns from different sample orientation are under investigation.

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