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三浦 靖史*; 鈴木 賢治*; 諸岡 聡; 菖蒲 敬久
Quantum Beam Science (Internet), 8(1), p.1_1 - 1_14, 2024/03
Probabilistic fracture mechanics (PFM) is expected as a reasonable structural integrity assessment method for nuclear components such as piping, whose main degradation phenomenon is stress corrosion cracking (SCC). Some input parameters are necessary for PFM analysis, and welding residual stress is one of the most important parameters because welding residual stress affects SCC initiation and propagation. Recently, a double exposure method (DEM) with synchrotron X-ray has been proposed, and the method is an expected candidate for the measurement of welding residual stress with a high spatial resolution. In this paper, the DEM was applied to measure the residual stress of the plate specimen, which was cut from the welded pipe using electrical discharge machining, and detailed stress maps under a plane stress state were obtained. Furthermore, the residual stress distributions of the welded pipe under a triaxial stress state were also evaluated using neutron diffraction. From these results, the method for obtaining a detailed stress map of the welded pipe by the complementary use of high-energy synchrotron radiation X-rays and neutrons was proposed.
山崎 泰広*; 篠宮 啓介*; 奥村 忠晴*; 鈴木 賢治*; 菖蒲 敬久; 中村 唯我*
Quantum Beam Science (Internet), 7(2), p.14_1 - 14_12, 2023/05
The suspension plasma spray (SPS) technique has attracted attention because of its various microstructures, which can be achieved by mixing submicron spray particles with a solvent to form a suspension. Thermal barrier coatings (TBCs) with a columnar structure, which might achieve high strain tolerance, can be obtained using the SPS technique. In this study, the internal stress distribution of the SPS-TBC with different columnar structures was evaluated by hybrid measurement using high-energy synchrotron X-ray diffraction analysis and laboratory low-energy X-rays. The effect of microstructure on the internal stress distribution of the SPS-TBC was discussed on the basis of the experimental results. In addition, the in-plane internal stress was decreased by decreasing the column diameter. The thin columnar microstructure of the SPS-TBC has superior strain tolerance. The internal stresses in the column of the SPS-TBC are periodic decrements caused by stress relaxation in porous layers.
鈴木 賢治*; 三浦 靖史*; 城 鮎美*; 豊川 秀訓*; 佐治 超爾*; 菖蒲 敬久; 諸岡 聡
材料, 72(4), p.316 - 323, 2023/04
Residual stresses in small-bore butt-welded pipe of austenitic stainless steel have never been measured. It is difficult to obtain a detailed residual stress map of the root welded part, because the gauge volume in neutron diffraction is large. The stress evaluation of the welded part by synchrotron X-rays was also difficult due to the dendritic structure. In this study, a double exposure method (DEM) with high-energy synchrotron X-rays was applied to measuring the details of the residual stress of the welded part, and we succeeded in obtaining the detailed axial and radius stress maps of the root welded part of the plate cut from the welded pipe, though the stress map was under the plane stress condition. The hoop stress map of the butt-welded pipe was obtained using the strain scanning method with neutrons under the triaxial stress state. The axial and radius stress maps under triaxial stress state were made up using the complementary use of the synchrotron X-ray and neutron. As a result, the detailed stress maps of the root welded part of the butt-welded pipe were obtained. The obtained map sufficiently explained the initiation and propagation of SCC.
鈴木 賢治*; 倉 己萌*; 三浦 靖史*; 城 鮎美*; 豊川 秀訓*; 佐治 超爾*; 梶原 堅太郎*; 菖蒲 敬久
材料, 71(12), p.1005 - 1012, 2022/12
放射光X線を用いてオーステナイト系ステンレス鋼の溶接部応力測定を実施した。溶接部のX線応力測定の課題は、回折スポットが半径方向および円周方向に広がることである。当該課題を解決するために溶接部からなる角棒の曲げひずみを70keVの放射光単色X線と二重露光法を用いて測定した。2次元検出器からの回折パターンは、テクスチャーマテリアルからのパターンのような鋭い弧を示した。当該結果より回折プロファイルを円周方向の回折強度を積分から取得し、回折角度は二重露光法を使用して決定した。その結果、溶接部の残留応力分布を測定することに成功した。
鈴木 賢治*; 山田 みなみ*; 城 鮎美*; 菖蒲 敬久; 豊川 秀訓*; 佐治 超爾*
材料, 71(4), p.347 - 353, 2022/04
30keVのシンクロトロン放射光X線による二重露光法(DEM)を用いたアルミ合金の残留応力に関してはすでに成功している。しかしながら、高エネルギー放射光X線の領域でDEMは未だ試されていない。本研究では、約70keVのシンクロトロンX線で焼きばめ材の応力を測定した。検出器としては、CdTeピクセル検出器とDDC検出器を用いた。SUS304の焼きばめ試験片の粒径は、43
mのやや粗大な粒であり、回折環は斑点状であった。やや粗大粒であったが、DEMによって焼きばめ試験片の応力を測定することができた。その結果、DEMは粗大粒の応力測定に優れていることがわかる。また、検出器間距離を大きくすることが精度をよくする効果がある。他方、検出位置を増やしても精度改善効果はなかった。
鈴木 賢治*; 城 鮎美*; 豊川 秀訓*; 佐治 超爾*; 菖蒲 敬久
Quantum Beam Science (Internet), 4(3), p.25_1 - 25_14, 2020/09
粗大粒で構成される材料の2次元回折パターンはリング状とはならずスポット状となるため、従来の回折計と0次元検出器を利用したひずみスキャンニング法では応力評価が困難である。この課題を解決するために2次元検出器を利用した2重露光法を提案した。本研究ではこの技術を白色X線に対して適用するための技術開発を行った。粗大粒で構成される材料に白色X線を照射すると得られる回折はラウエスポットとなる。そこで検出するエネルギーを制限できるCdTeピクセル2次元検出器の開発とそれを利用した応力評価を行った。その結果、オーステナイト系ステンレス鋼を供試材とする曲げ試験片に対して、ほぼ理論値通りのひずみ分布を計測することに成功した。今後、当該技術の向上を図り、実機材料に適用していきたいと考えている。
鈴木 賢治*; 菖蒲 敬久; 城 鮎美*
材料, 68(4), p.312 - 317, 2019/04
溶接等の熱加工後の材料においては粗大粒を有する場合が多い。これらの加工後の残留応力を把握することは構造物の健全性の観点から非常に重要視されている。本研究では、粗大粒を持つ材料のX線応力測定法として、2次元検出器と高エネルギー放射光を組み合わせた二重露光法を提案し、その実用性を確認した。アルミニウム合金の塑性曲げ試験片及び圧痕試験片の残留応力を計測した結果、有限要素解析による残留応力分布とよく一致していることから、本測定手法の有効性が明らかとなった。
鈴木 賢治*; 菖蒲 敬久
E-Journal of Advanced Maintenance (Internet), 10(4), p.9 - 17, 2019/02
弾性異方性をもつ材料中では、塑性変形が発生した際に結晶間に応力差が生じており、これが材料破壊に深くかかわっていることが知られている。本研究では、高エネルギー放射光回折法を用いて、塑性変形させた材料中の荷重方向の残留応力を結晶方位ごとに調べた。その結果、残留応力はX線的弾性定数(回折面ごとに求められるヤング率)が高い指数では引張残留応力、低い指数では圧縮残留応力が発生していることがわかった。この結果は、材料強度を向上させる際、集合組織のように結晶方位を制御する技術に役立つと考えている。
鈴木 良祐*; 松原 雅昭*; 坂本 賢治*; 鈴木 将人*; 白石 泰祐*; 柳原 星児*; 伊沢 悟*; 若井 隆純
Experimental Techniques, 40(1), p.253 - 260, 2016/09
被引用回数：0 パーセンタイル：0.03(Engineering, Mechanical)軸方向に垂直な2つの90度貫通切欠きを持つオーステナイト系ステンレス鋼管の塑性崩壊挙動と強度を調べた。様々なノッチ間距離で二つのノッチ試験片を光塑性フィルムで覆った。試験片には、軸方向の引張荷重と曲げ荷重を任意に組み合わせた荷重を加えた。塑性崩壊挙動を調査するために、試験中に光塑性フリンジパターンの変化が観察された。塑性崩壊強度は、弾完全塑性体に基づくモデルを用いて評価した。実験的な塑性崩壊点での光塑性フリンジパターンは荷重履歴によって異なった。このことから、塑性崩壊挙動は荷重履歴に依存することがわかった。一方、塑性崩壊強度はノッチ間距離にはほとんど依存しなかった。実験的な塑性崩壊は、いくつかの純引張荷重試験でのみ理論塑性点に達する前に発生した。したがって、この研究で使用された弾完全塑性体に基づくモデル解析は、純粋な引張荷重を受けるステンレス鋼管の塑性崩壊には非保守的な推定を与える可能性がある。
鈴木 賢治*; 菖蒲 敬久; 城 鮎美; Zhang, S.*
Advanced Materials Research, 996, p.76 - 81, 2014/08
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Engineering, Mechanical)A diffraction spot trace method (DSTM) is very useful to measure internal stresses of materials with coarse grains. In this study, validity of the DSTM was examined using high energy synchrotron X-ray of 70 keV. The specimen was a welded plate of austenitic stainless steel (SUS316L). The thickness of the specimen was 9 mm. The improved spiral slit system was used, and PILATUS was used as an area detector. It was difficult to detect the high energy X-rays due to the reduction of counting efficiency of the PILATUS. However, the residual stress map of the welding specimen was obtained by long exposure time. The residual stresses of the welding specimen were simulated by a finite element method (FEM). The outline of the residual stress measured by the DSTM coincided with that by the FEM.
鈴木 賢治*; 菖蒲 敬久; 城 鮎美; Zhang, S.*
材料, 63(7), p.527 - 532, 2014/07
回折斑点追跡法とスパイラルスリットを組みあわせ、粗大粒を有する材料内部応力評価測定法を開発した。曲げたマグネシウム合金に対して本測定法を適用し、内部応力計測が可能であることを確認した。また溶接したマグネシウム合金に対して内部応力評価を実施し、粗大粒を有する溶接部に対しても有限要素解析とほぼ同様の結果を得ることに成功した。
鈴木 賢治*; 菖蒲 敬久; 城 鮎美; Zhang, S.*
Materials Science Forum, 777, p.155 - 160, 2014/02
被引用回数：3 パーセンタイル：82.26(Materials Science, Multidisciplinary)The spiral slit-system was improved in order to make a gauge length regularity. The bending stress was measured by the improved spiral slit-system, and the measured stresses corresponded to the applied stress regardless of the diffraction angle. As a result, the validity of the improved spiral slit system was proved. On the other hand, the diffraction spot trace method (DSTM), which combined the spiral slit-system and a PILATUS detector, was proposed to measure stress in a coarse grain. In this study, the distribution of the residual stress in a melt-run welding specimen was measured using the DSTM. The welding residual stresses measured accorded with that by the FEM simulation.
森山 伸一; 小林 貴之; 諫山 明彦; 星野 克道; 鈴木 貞明; 平内 慎一; 横倉 賢治; 澤畠 正之; 寺門 正之; 日向 淳; et al.
Fusion Engineering and Design, 88(6-8), p.935 - 939, 2013/10
被引用回数：4 パーセンタイル：32.48(Nuclear Science & Technology)JT-60SAの電子サイクロトロン周波数帯(ECRF)加熱電流駆動装置に用いるアンテナとして、冷却水リークの可能性を極めて小さくできるようにミラーを直線駆動する形式を提案している。駆動機構,ベロー等の主要構成要素の実施可能性については、既にモックアップを製作して確認した。今回、ミラー駆動シャフトの支持機構として固体潤滑剤を使用した金属滑り軸受けを利用する設計を行い、モックアップに組み込んだ。一般的なボールベアリングと比較して、シャフトの回転と直線運動を1つの軸受で実現できる利点がある。真空排気した状態での駆動試験を行って固体潤滑剤が真空性能に与える影響を質量分析によって調べた。一方、JT-60SAの典型的実験シナリオにおけるECRF加熱・電流駆動特性を計算で評価し、アンテナの準光学的な設計について確認した。
鈴木 賢治*; 菖蒲 敬久; 城 鮎美
材料, 62(7), p.437 - 442, 2013/07
ウォータージェットピーニング(WJP)による残留応力特性を明らかにするため、高エネルギー放射光および中性子を用いた深さ方向の残留応力測定を実施した。試験片にはSUS316Lを使用し、WJPを熱処理した試験片、773Kの大気中にて熱時効した試験片をそれぞれ作成し、計測した複数の回折面から表面残留応力状態の熱時効時間依存性を評価した。その結果、圧縮残留応力は1.5mm程度の深さまで内在していること、今回の熱時効程度では応力緩和が発生しないことなどを明らかにした。
小林 貴之; 諫山 明彦; 澤畠 正之; 鈴木 貞明; 寺門 正之; 平内 慎一; 和田 健次; 佐藤 福克; 日向 淳; 横倉 賢治; et al.
Fusion Science and Technology, 63(1T), p.160 - 163, 2013/05
被引用回数：7 パーセンタイル：49.28(Nuclear Science & Technology)JT-60SAに向けて、110GHzの電子サイクロトロン波加熱装置(ECRF装置)に、135
140GHz帯の第2周波数を加えた2周波数化開発を進めている。特に、2周波数ECRF装置の重要機器である2周波数ジャイロトロンの開発を行った。JT-60SA用の第2周波数は上記周波数帯の中で、ジャイロトロン設計の観点から138GHzとした。110GHzと138GHzの2周波数で、1MW以上の長時間出力が可能なジャイロトロンを実現するため、ジャイロトロンの主要部位であるダイヤモンド窓,空胴共振器,準光学モード変換器の設計を行った。離散的な特性を持つ各機器のパラメータ群の中から最適な条件を見つけ、その条件で設計を行った結果、両方の周波数について、1MW以上の長時間出力が可能な設計結果が得られた。上記設計に基づき、新規ジャイロトロンを製作し、初期的な試験を行った結果、ほぼ期待通りの出力が得られ、設計に大きな問題がないことを確認した。
柳原 星児*; 松原 雅昭*; 鈴木 良祐*; 鈴木 将人*; 白石 太祐*; 坂本 賢治*; 若井 隆純
日本機械学会M&M2012材料力学カンファレンス講演論文集(CD-ROM), 2 Pages, 2012/09
The fracture assessment of independent multiple flaws is not developed in the piping for nuclear power in the Japan Society of Mechanical Engineers maintenance standard. In the maintenance standard, an enough examination is not performed about the influence that the load history of the axial tension due to inner pressure and the bending such as the earthquake affects on collapse strength of the piping. This study clarified that the effect of multiple flaws affected on the plastic collapse strength of the stainless steel piping that loaded axial tension and bending independently, and proposed the maximum load evaluation method. Conclusions are as follows: (1) Multiple flaws on piping can be evaluated by the plastic collapse theory of the single flaw, and the flaw can be simplified, and a conservative evaluation of piping be done. (2) The maximum stress can be calculated from the flaw size and mechanical properties of piping and piping size.
白石 太祐*; 松原 雅昭*; 鈴木 良祐*; 鈴木 将人*; 柳原 星児*; 坂本 賢治*; 若井 隆純
日本機械学会M&M2012材料力学カンファレンス講演論文集(CD-ROM), 3 Pages, 2012/09
The aim of this study is to investigate the effect of notch interval on plastic collapse strength of the type 304 stainless steel piping and simplify the flaw assessment method of type 304 stainless steel piping subjected to combined tension and bending. Typical loads applied to type 304 stainless steel piping are axial tension due to internal pressure and bending load caused by external forces. Two 90 degree through-wall notches were machined perpendicular to the axial direction of the pipe with interval, 
, from 1 to 28 mm. The experimental plastic collapse strength of the specimens with single notch and two notches were higher than the theoretical ones of the single notched pipe assumed elastic perfectly plastic body. Therefore, it was clarified that the plastic collapse strengths of type 304 stainless steel pipes with two notches perpendicular to the pipe axis can be evaluated safely using the theoretical ones of the single notched pipe assumed elastic perfectly plastic body.
小林 貴之; 諫山 明彦; 澤畠 正之; 鈴木 貞明; 寺門 正之; 平内 慎一; 和田 健次; 佐藤 福克; 日向 淳; 横倉 賢治; et al.
Proceedings of 37th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2012) (USB Flash Drive), 2 Pages, 2012/09
JT-60SAに向けて新たに2周波数(110GHz及び138GHz)ジャイロトロンの開発を開始した。空胴共振器の設計において、高出力,長時間運転に重要な、1MW以上の出力、30%以上の効率、1.4kW/cm
以下のピーク熱負荷が、両周波数について得られた。さらに、発振した導波管モードのミリ波を空間伝送モードへと変換するモード変換器の設計において、両周波数で高い変換効率(110GHzでは96.8%、138GHzでは98.3%)が得られた。この変換効率は、以前に長パルス運転実績のある110GHzジャイロトロンにおける変換効率(96.5%)より高く、高出力,長時間運転に適した設計結果が得られた。上記設計に基づき、新規ジャイロトロンを製作し、調整運転を2012年6月中旬より開始した。これまでのところ、低めのビーム電流(10A)及びビーム電圧(75kV)で、予定通り約200kWの出力を得て、設計に大きな問題がないことを確認した。
白石 太祐*; 松原 雅昭*; 鈴木 良祐*; 鈴木 将人*; 若井 隆純; 坂本 賢治*
Proceedings of 5th International Workshop New Methods of Damage and Failure Analysis of Structural Parts (CD-ROM), 6 Pages, 2012/09
The aim of this study is to investigate the effect of notch interval on plastic collapse strength of the type 304 stainless steel piping and simplify the flaw assessment method of type 304 stainless steel piping subjected to combined tension and bending. Typical loads applied to type 304 stainless steel piping are axial tension due to internal pressure and bending load caused by external forces. The plastic collapse strengths of the notched specimen subjected to arbitrary combined axial tension and bending loads were evaluated. Two 90 degree through-wall notches were machined perpendicular to the pipe axis with interval from 1 to 28 mm. It was clarified that the plastic collapse strengths of type 304 stainless steel pipes with two notches perpendicular to the pipe axis can be evaluated safely using the theoretical plastic collapse strength of the pipe with single notch assuming elastic perfectly plastic body.
鈴木 賢治*; 山岸 葵*; 西川 聡*; 菖蒲 敬久
保全学, 11(2), p.91 - 98, 2012/07
本研究では、オーステナイト系ステンレス鋼SUS316L及びニッケル基超合金NCF600を母材とした異種材平板の突合わせ溶接継手の残留応力について実材料表面残留応力分布計測及び熱弾塑性有限要素解析を行った。その結果、測定からは溶接部内部に弾塑性有限要素解析では見られない非対称な圧縮応力分布が発生していることを明らかにした。今後この差を解明するために結晶配向、弾塑性異方性なども含めたより詳細な研究が必須であり、それにより、より信頼性の高い弾塑性有限要素解析が可能になると期待できる。
