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生島 一樹*; 柴原 正和*; 河尻 義貴*; 沖見 優衣*; 内田 友樹*; 秋田 貢一*; 鈴木 裕士; 諸岡 聡
日本船舶海洋工学会論文集, (30), p.123 - 130, 2019/12
本研究では、コンター法を用いてビードオンプレート試験片の残留応力分布を測定した。測定した残留応力分布を中性子回折法で測定した残留応力分布と熱弾性塑性有限要素法で計算した残留応力分布を比較した。その結果、これら3つの方法で得られた残留応力分布は良好に一致していることがわかった。また、実構造物の測定で想定される非対称切削における残留応力を測定するためのコンター法では、切削面上の反力の平衡を考慮した。提案手法をマルチパス溶接継手の残留応力測定に適用した。測定結果から、提案手法は非対称試験片におけるマルチパス溶接継手の残留応力分布を測定できることが示した。
生島 一樹*; 柴原 正和*; 西川 聡*; 古川 敬*; 秋田 貢一; 鈴木 裕士; 諸岡 聡
E-Journal of Advanced Maintenance (Internet), 9(3), p.NT87_1 - NT87_5, 2017/11
In this work, an analysis system that can analyze the modification of the residual stress distribution by peening is proposed based on IEFEM. In the proposed analysis system, IEFEM is extended to consider the dynamic effect to analyze the dynamic phenomenon with an impulsive load. The impulsive load due to the collision of shots is modeled as an equivalent load model. The equivalent load model is integrated with IEFEM considering the dynamic effect to calculate spatially and temporally random load in dynamic analyses. Using the proposed analysis system, the residual stress distribution modification by shot peening in a multi-pass welded pipe joint is predicted. The residual stress distributions obtained by the analysis are compared with those measured by X-ray diffraction (XRD), and the effect of the number of shot collisions on the change in residual stress distribution is discussed.
秋田 貢一; 柴原 正和*; 生島 一樹*; 西川 聡*; 古川 敬*; 鈴木 裕士; Harjo, S.; 川崎 卓郎; Vladimir, L.*
溶接学会論文集(インターネット), 35(2), p.112s - 116s, 2017/06
Residual stresses near the weld metal of the joints before and after a thermal cycle were measured using a reactor based neutron diffraction technique in room temperature. In-situ residual stress measurements were performed on the plate type sample using a pulsed neutron diffraction technique under thermal cycles. Residual stress behaviors of the samples were examined also by the idealized explicit FEM (IEFEM), which agreed well with the experimental results of the residual stress behaviors during thermal cycles. Thermal stresses were induced near the weld metal by the difference of the linear expansion coefficients of the dissimilar base metals. Since the thermal stress exceeded the yield stress of the material during the first heating process, the residual stresses near the weld metal were redistributed and a part of the residual stress was relaxed.
生島 一樹*; 木谷 悠二*; 柴原 正和*; 西川 聡*; 古川 敬*; 秋田 貢一; 鈴木 裕士; 諸岡 聡
溶接学会論文集(インターネット), 35(2), p.75s - 79s, 2017/06
In this research, to investigate the effect of shot peening on operation, an analysis method to predict the behavior of stress distribution on shot peening was proposed. In the proposed system, the load distribution on the collision of shots was modeled, and it was integrated with the dynamic analysis method based on the Idealized explicit FEM (IEFEM). The thermal elastic plastic analysis method using IEFEM was applied to the analysis of residual stress distribution of multi-pass welded pipe joint. The computed residual stress distribution was compared with the measured residual stress distribution using X-ray diffraction (XRD). As a result, it was shown that the both welding residual stress distribution agree well with each other. Considering the computed welding residual stress distribution, the modification of stress distribution due to shot peening was predicted by the proposed analysis system.
生島 一樹*; 柴原 正和*; 秋田 貢一; 鈴木 裕士; 諸岡 聡; 西川 聡*; 古川 敬*
Welding in the World, 61(3), p.517 - 527, 2017/05
本研究では、先ず、ショットピーニングプロセスにおける残留応力の挙動を予測するための解析手法を提案した。この手法ではショットの衝突時の荷重分布をモデル化し、さらに、理想化陽解法FEM解析手法(IEFEM)に基づく動的解析法と組み合わせた。提案した解析システムの解析精度は、ショット一発が衝突した際の応力分布をABAQUSによる解析結果と比較することで確認した。IEFEMを用いて熱弾塑性解析を実施し、配管のマルチパス溶接における溶接残留応力の解析を実施し、解析結果をX線回折による残留応力測定結果と比較し、両者がよく一致することを確認した。次いで、ショットピーニングによる溶接残留応力の変化を提案システムによって解析した。その結果、多量のショットを衝突した場合の残留応力は、解析と実験とでよく一致した。
秋田 貢一; 西川 聡*; 柴原 正和*; 生島 一樹*; 鈴木 裕士; 盛合 敦; Harjo, S.; 相澤 一也
no journal, ,
異材溶接継手における残留応力緩和過程を明らかにするために、工学中性子回折装置TAKUMI(J-PARC/MLF)を用いて、Ni基合金((NCF600)-ステンレス鋼(SUS316L)異材溶接継手の、室温から593Kまでの熱サイクル中その場残留応力測定を実施した。その結果、昇温過程においてNi基合金側の引張残留応力が上昇する一方、ステンレス鋼側(SUS316L)では低下することを実験的に示し、さらに、その過程でNi基合金側の応力が材料の降伏点を超えることで残留応力が再配分し、残留応力緩和することを明らかにした。
秋田 貢一; 盛合 敦; 鈴木 裕士; Harjo, S.; 西川 聡*; 柴原 正和*; 生島 一樹*
no journal, ,
熱サイクル中における異材溶接継手内部の残留応力挙動を、中性子回折を利用することでその場測定し、残留応力緩和過程を検討した。
北村 徳識*; 岡田 崇志*; 生島 一樹*; 柴原 正和*; 西川 聡*; 秋田 貢一
no journal, ,
疲労や応力腐食割れに対する金属材料の強度向上を目的としてピーニングによる圧縮残留応力導入が行われている。この残留応力導入過程を数値解析を用いて検討することは残留応力発生メカニズムを探るうえで有意義であるが、実際のピーニング施工時のように多量のショット粒の衝突をシミュレーションした例は見られない。ここでは、多量のショットを空間的, 時間的にランダムに被加工材料に衝突させた際に生じる残留応力挙動を、理想化陽解法FEMを用いて解析する手法を検討し、その可能性を示した。
生島 一樹*; 北村 徳識*; 木谷 悠二*; 柴原 正和*; 西川 聡*; 秋田 貢一
no journal, ,
ショットピーニングは、機械部品の疲労強度向上や応力腐食割れ抑制を目的として、広く用いられている応力改善工法のひとつである。本研究では、ショットピーニング施工時に発生する残留応力を解析する手法を開発した。理想化陽解法FEM解析手法をベースとし、ショット1個の衝突を対象として等価荷重モデルを作成した。そして、多量のショット衝突を対象とした弾塑性解析を実施し、残留応力解析を行った。発生した残留応力は、実際のショットピーニングを施工した場合と同様の傾向を示し、本解析手法の有効性を確認した。
生島 一樹*; 木谷 悠二*; 北村 徳識*; 柴原 正和*; 西川 聡*; 古川 敬*; 秋田 貢一
no journal, ,
本研究では、理想化陽解法FEMによる、時間的, 空間的にランダムに無数のショットの衝突を考慮できる手法の提案を行い、実機模擬試験体の残留応力分布のショットピーニングによる応力低減効果の予測に対して適用した。多層溶接時の残留応力の予測に対して提案手法を適用し、本手法による解析結果とX線回折による計測結果を比較した結果、両者が良好に一致することを確認した。また、ショットピーニング時の応力低減効果の予測に対して提案システムを適用した。その結果、衝突面積率50.0において解析結果と実験結果が良好に一致することを確認した。
柴原 正和*; 木谷 悠二*; 生島 一樹*; 西川 聡*; 古川 敬*; 秋田 貢一; 諸岡 聡; 鈴木 裕士
no journal, ,
本研究では、われわれが開発したショットピーニングによる残留応力予測システムを用いて、ショットピーニングによる残留応力低減効果の持続性について数値解析により検討した。その結果、今回対象とした同材円管多層溶接継手においては、1%圧縮ひずみサイクルを負荷した場合、ピーニングによる残留応力低減効果が消失する可能性があることを確認した。
木谷 悠二*; 柴原 正和*; 生島 一樹*; 西川 聡*; 古川 敬*; 秋田 貢一; 鈴木 裕士; 諸岡 聡; 川崎 卓郎; 相澤 一也; et al.
no journal, ,
ショット粒衝突時の荷重分布をモデル化し、理想化陽解法FEMに対して導入することで、ショットピーニングによって発生する残留応力を予測可能な解析システムを構築した。次いで、ショットピーニングを施工した異材円筒多層溶接試験体に対して軸方向圧縮荷重を負荷し、荷重負荷状態および負荷後の弾性ひずみ分布を中性子回折により測定した。その結果、解析値と実測値の定性的傾向は互いに対応することが確認され、構築した解析システムの妥当性が示された。
山田 祐介*; 柴原 正和*; 生島 一樹*; 木谷 悠二*; 西川 聡*; 古川 敬*; 秋田 貢一; 鈴木 裕士; 諸岡 聡
no journal, ,
ショットピーニング時のショット粒の部材への衝突における荷重分布をモデル化した等価荷重モデルを作成し、理想化陽解法FEMに統合することで、ショットピーニングによる残留応力を予測できる解析システムを構築した。構築した解析システムを、ビードオンプレートを模擬したモデルのショットピーニングによる残留応力改善に適用し、ショット粒の衝突量と残留応力分布の変化について議論する。
西川 聡*; 古川 敬*; 秋田 貢一; 鈴木 裕士; 諸岡 聡; Harjo, S.; 柴原 正和*; 生島 一樹*; 木谷 悠二*; 山田 祐介*
no journal, ,
第1報で開発したFEM解析手法の妥当性を検証するため、円筒形状を有する実機部分模擬溶接試験体(同材、異材)を製作して、(溶接)
(SP施工)(熱緩和またはひずみ負荷)の各々のプロセスにおける表面と内部の残留応力を測定した。その結果、開発したFEM解析手法により、実用上十分な精度で残留応力が予測できることを示した。
木谷 悠二*; 柴原 正和*; 生島 一樹*; 山田 祐介*; 西川 聡*; 古川 敬*; 秋田 貢一; 鈴木 裕士; 諸岡 聡
no journal, ,
第2報で報告した実機模擬試験体に生じる残留応力のX線回折による計測結果と比較することで、開発した解析システムの妥当性を検証した。また、ショットピーニングによる圧縮残留応力の持続性について検討するために、解析システムにより得られたショットピーニング後の残留応力分布に対して運用時に想定される荷重状態を考慮し、残留応力分布の変化について議論した。本検討では、荷重として運用および点検、地震等により作用する軸力を想定し、これらがショットピーニングによる残留応力改質効果に及ぼす影響について3次元弾塑性FEM解析を用いて数値的に検討した。
木谷 悠二*; 柴原 正和*; 生島 一樹*; 山田 祐介*; 西川 聡*; 古川 敬*; 秋田 貢一; 鈴木 裕士; 諸岡 聡
no journal, ,
溶接時の残留応力を高精度かつ実用的な計算時間で予測することができる手法として、われわれは理想化陽解法FEMを提案している。同手法は動的陽解法FEMを基にした解析手法であり、静的平衡状態への収束を考慮することで、高速かつ高精度な解析を実現している。本研究ではショットピーニング時の応力変化の運用時における効果について検討するために、理想化陽解法を用いたショットピーニングによる残留応力分布の改質効果および長期間稼働後の圧縮残留応力の持続性を評価できる手法を構築し、検証実験によりその妥当性を確認した。
山田 祐介*; 木谷 悠二*; 生島 一樹*; 柴原 正和*; 西川 聡*; 古川 敬*; 秋田 貢一; 鈴木 裕士; 諸岡 聡
no journal, ,
先行研究において開発した理想化陽解法FEMを用いたショットピーニング解析法をアルメンストリップ試験に対し適用することで、ショットピーニング解析法の有用性について検討した。その結果、本解析手法を用いることで、ショット量が増加するにつれ塑性ひずみ量が増加し、それに伴い面外変形量、すなわちアークハイト値が増加するという試験片の挙動を良好に再現できることを確認した。また、実験により得られたアークハイトと解析結果を比較した結果、両者の傾向は良好に一致することを確認した。
秋田 貢一*; 鈴木 裕士; 諸岡 聡; Harjo, S.; 柴原 正和*; 生島 一樹*; 西川 聡*; 古川 敬*
no journal, ,
本研究では、原子力プラント構造物の溶接部における健全性を評価するための基盤技術として、製造段階から稼働状態に至るまでの全工程(溶接・ショットピーニング・高温あるいは荷重)における残留応力評価が可能なシミュレーション手法を開発し、その妥当性を実験的に検証した。シミュレーション手法開発では、理想化陽解法をベースとした有限要素法解析手法に、ショットピーニングによる残留応力発生をシミュレーションする機能を追加した。また、検証実験では、原子炉冷却配管を模擬した配管溶接継手を作製し、ショットピーニング前後の残留応力変化をX線回折により、また、熱サイクル付与前後および軸圧縮荷重負荷-除荷過程における内部残留応力の変化を中性子回折により測定した。その結果、実験と解析の差は目標値
150MPaにほぼ収まった。これにより、ショットピーニングで付与した圧縮残留応力とその持続性を計算により短時間で把握きることから、原子炉溶接部等における応力腐食割れ発生のリスクや発生後のき裂進展を予測でき、従って適切な対策が可能になる。
