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論文

Relaxation behavior of laser-peening residual stress under tensile loading investigated by X-ray and neutron diffraction

秋田 貢一; 林 健吾*; 竹田 和也*; 佐野 雄二*; 鈴木 裕士; 盛合 敦; 大谷 眞一*

Mechanical Engineering Journal (Internet), 1(4), p.SMM0029_1 - SMM0029_8, 2014/08

ピーニング技術による圧縮残留応力の導入は、疲労や応力腐食割れ等の鋼の強度特性の改善に有効である。ただし、圧縮残留応力は稼働時に機器に作用する熱的あるいは機械的な外力が原因で低下する可能性がある。本研究では、レーザーピーニングを施したフェライト鋼の静的引張荷重下における表面及び内部の残留応力挙動を、X線および中性子回折によって検討した。X線回折および中性子回折の相補利用により、応力緩和プロセスを明確に示す実験的確証が得られた。また、引張負荷応力下における臨界負荷応力の値は、内部の最大引張残留応力値とvon Misesの降伏条件によって推定できることを示した。

論文

角度分散法中性子回折集合組織測定技術環境の構築と応用

徐 平光; 秋田 貢一; 鈴木 裕士; 盛合 敦

軽金属学会平成24年度第2回加工と熱処理による優先方位制御研究部会公開講演会資料, p.19 - 20, 2012/10

Though the X-ray diffraction and the electron backscattering diffraction are usually used in the texture evaluation, the neutron diffraction can directly measure the bulk textures of various materials and provide high statistical texture information for predicting the material anisotropic property thanks to the large beam spot and the high matter penetrability, and it can also help to clarify the in situ microstructure evolution under various loading/temperature environments. According to the difference in neutron beam sources, the neutron diffractometers are generally divided into the nuclear reactor-based angle-dispersive instruments and the spallation source-based time-of-flight instruments. At the Japan Research Reactor No.3 and the Japan Proton Accelerator Research Complex, the angle dispersive neutron diffractometers and the time-of-flight neutron diffractometers provide us the possibility to develop and apply the bulk texture evaluation technique to study metallic, ceramic, polymeric, and geologic crystallographic materials. In this presentation, the characteristics of single-tube and 1-demisional position- sensitive-detector angle dispersive neutron diffractometer was simply introduced and its application on the bulk texture evaluation of a magnesium alloy before and after warm press deformation is reported.

論文

角度分散法中性子回折によるバルク材料の集合組織解析

徐 平光; 秋田 貢一; 鈴木 裕士; 盛合 敦; 鈴木 徹也*; 行武 栄太郎*

日本材料学会第46回X線材料強度に関するシンポジウム講演論文集, p.24 - 27, 2012/07

Conventional X-ray diffraction and recent electron backscattering diffraction are widely employed to investigate the surface texture information for a specific sample, but the neutron diffraction is well known to directly measure the bulk average texture information with high statistics. In order to increase the accessibility to neutron diffraction bulk texture measurement instruments, JAEA has upgraded two angle dispersive neutron diffractometer RESA-2 and MUSASI-L. In this paper, the bulk texture measurement environments based on the angle dispersive neutron diffraction were introduced, and the application research cases to the bulk texture changes during the isothermal annealing of ARBed IF steels and during the warm press deformation of a magnesium alloy were reported here to show the good texture evaluation reliability.

論文

Establishment and optimization of angle dispersive neutron diffraction bulk texture measurement environments

徐 平光; 秋田 貢一; 鈴木 裕士; 目時 直人; 盛合 敦

Materials Transactions, 53(11), p.1831 - 1836, 2011/11

 被引用回数:3 パーセンタイル:66.28(Materials Science, Multidisciplinary)

Different from electron back-scattering diffraction and X-ray diffraction, neutron diffraction enables to directly measure the bulk texture because of high penetration and large spot size of neutron beam and also provides the possibility to investigate the preferred orientation distributions of multiphase materials, coarse-grained materials and low symmetry materials including hexagonal metals, ceramics and rocks. In this paper, the texture measurement technical environments of two angle dispersive neutron diffractometers were established and optimized respectively, and their reliabilities were quantitatively examined through evaluating the bulk textures of warm-pressed magnesium alloy and rapid annealed multilayered multiphase steel composite. It is found that the MUSASI-L neutron diffractometer with a single tube detector through selecting the proper collimation angle may achieve the similar texture evaluation reliability to the RESA-2 neutron diffractometer with one-dimensional position-sensitive detector, so that both of them are available to directly measure the bulk textures of various materials.

論文

Aspire to become TAKUMI; TAKUMI present status and research topics

Harjo, S.; 相澤 一也; 伊藤 崇芳; 有馬 寛; 阿部 淳; 盛合 敦; 坂佐井 馨; 中村 龍也; 中谷 健; 岩橋 孝明; et al.

Materials Science Forum, 652, p.99 - 104, 2010/09

J-PARCの工学材料回折装置「匠」の建設は2009年3月で終了し、それに先駆けて最終ステージの建設をしながら2008年9月にコミッショニングを開始した。コミッショニングでは、検出器の有効性及び安定性を確認した後に、直径2mmの焼鈍したピアノ線の回折プロファイルを高分解能モードのビームコリメーションで測定し、分解能$$Delta$$$$d$$/$$d$$が0.2%以下であることを確認した。また、匠を用いた研究の代表的な結果を報告する。

論文

A Cubic-anvil high-pressure device for pulsed neutron powder diffraction

阿部 淳; 荒川 雅*; 服部 高典; 有馬 寛; 鍵 裕之; 小松 一生*; 佐野 亜沙美; 上床 美也*; 松林 和幸*; Harjo, S.; et al.

Review of Scientific Instruments, 81(4), p.043910_1 - 043910_5, 2010/04

 被引用回数:5 パーセンタイル:64.73(Instruments & Instrumentation)

キュービックアンビルセルを中性子回折実験用に小型化し、J-PARC/MLFの工学材料回折装置「匠」で高圧下での粉末回折測定を行った。アンビル材,圧媒体の開発やバックグラウンドと試料以外からの高圧装置部品に由来する回折ピーク強度を減少させ、高圧下における試料からのきれいな回折パターンを測定することに成功した。本研究結果は、キュービックタイプの高圧実験装置とJ-PARCのパルス中性子源の組合せが、高圧下における物性研究の有力な手段になることを示している。

論文

High pressure experiments with the engineering materials diffractometer (BL-19) at J-PARC

阿部 淳; 服部 高典; 小松 一生*; 有馬 寛; 荒川 雅*; 佐野 亜沙美; 鍵 裕之; Harjo, S.; 伊藤 崇芳; 盛合 敦; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 215, p.012023_1 - 012023_6, 2010/03

 被引用回数:2 パーセンタイル:24.61

2008年から稼働し始めたJ-PARCの中性子実験施設MLFの工学材料回折装置「匠」に、高圧発生装置を持ち込み高圧中性子回折実験が可能であるか検討した。測定結果から高圧装置中にセットされた試料からの回折ピークが観測され、「匠」の光学系において高圧実験が可能であることが認められた。バックグランドノイズが高いなどの課題はあるが、本研究結果はJ-PARCにおいて初めての高圧中性子回折実験結果である。

論文

Measurement of residual stress on a unidirectional solidified Al$$_{2}$$O$$_{3}$$/YAG eutectic composite using synchrotron and neutron diffraction

鈴木 裕士; 和久 芳春*; 中川 成人*; 秋田 貢一*; 盛合 敦; 森井 幸生

Journal of Neutron Research, 15(2), p.113 - 120, 2007/06

Al$$_{2}$$O$$_{3}$$-Y$$_{3}$$Al$$_{5}$$O$$_{12}$$(YAG)共晶複合材料(Al$$_{2}$$O$$_{3}$$/YAG MGC)のYAG相の残留応力を放射光X線により測定した。平面応力状態における残留応力は試験片の表面と側面で異なっていた。したがって、MGC材料内部には残留応力異方性が存在していると考えられる。MGC材料内部の残留応力を中性子回折法により測定した。YAG相の残留応力は試料凝固方向に圧縮であり、凝固方向から直交方向に向かうにつれて引張応力に変化した。Al$$_{2}$$O$$_{3}$$相の残留応力は、異方的な圧縮残留応力状態であり、すべての方向で引張応力は確認されなかった。この残留応力異方性は、Al$$_{2}$$O$$_{3}$$相における熱膨張係数の異方性により説明することができる。しかしながら、両相の残留応力はバランスしておらず、本研究に使用したMGC試料内部には残留応力分布が存在していると予想される。

報告書

JRR-3における中性子反射率計の開発

山崎 大; 盛合 敦; 田村 格良; 丸山 龍治; 海老澤 徹*; 武田 全康; 曽山 和彦

JAEA-Technology 2007-030, 21 Pages, 2007/03

JAEA-Technology-2007-030.pdf:4.13MB

JRR-3において新しい中性子反射率計SUIRENの開発,建設を行い、平成18年度より施設共用を開始した。SUIRENは、波長3.8$AA $の単色中性子を利用した、試料垂直配置の反射率計である。測定対象としては、形態として固体試料のほか固液界面試料が、膜構造としてはソフトマテリアル薄膜,磁性人工格子,中性子ミラーなどをはじめ、多様な試料が考えられる。ビーム強度は、角度分散$$Deltatheta$$=0.08degにコリメートしたあと、試料位置で2.1$$times$$10$$^4$$$$sim$$2.6$$times$$10$$^4$$カウント/s/cm$$^2$$程度である。また、バックグラウンドは4.5$$times$$10$$^{-3}$$カウント/sであった。テスト測定の例として、3インチ$$phi$$のシリコン基板の反射率測定では、約27時間かけて10$$^{-6}$$までの反射率が測定できることを実証した。また、偏極反射率測定モードについても実用化に向け、すでにテスト測定をはじめている。本報告では、この中性子反射率計SUIRENの開発について概説する。

論文

JRR-3の新中性子反射率計SUIREN

山崎 大; 曽山 和彦; 盛合 敦; 田村 格良; 中村 清

波紋, 16(3), p.174 - 176, 2006/07

現在、JRR-3ビームホールにおいて中性子反射率計SUIRENの立ち上げが行われており、JRR-3の平成18年度第5サイクルより外部利用にも供される予定である。この春よりテスト測定を行っており、試料自体からのバックグラウンドが無視できれば、10$$^{-6}$$以下の反射率まで測定可能であることを示した。本稿では、SUIRENの立ち上げの現状、テスト測定の結果、今後の施設共用の概要と将来計画について述べる。

報告書

J-PARC残留応力解析用パルス中性子回折装置のラジアルコリメータの設計

鳥居 周輝; 盛合 敦

JAEA-Technology 2005-004, 31 Pages, 2006/02

JAEA-Technology-2005-004.pdf:13.06MB

大強度陽子加速器計画のMLF物質・生命科学実験施設に設置される残留応力解析用パルス中性子解析装置用のラジアルコリメータの設計を行っている。このラジアルコリメータは測定試料内のゲージサイズを規定するために用いる機器である。本装置は、1mm$$sim$$10mmの範囲で数種類(1, 3, 5mm, etc)のゲージサイズを規定できるコリメータを製作予定である。コリメータ設計に際し、規定するゲージサイズの誤差に正規分布を適用することで、ゲージサイズとラジアルコリメータの設計パラメータとの関係性を表現する数式を作成した。現在までに、この関係式を用いた幾何学的計算を終了し、正規分布の半値全般が1mmに最適化された設計パラメータを求め、試作機の設計・製作を行っている。また、McStasを用いたモンテカルロ・シミュレーションによって、各ゲージサイズにおける設計パラメータの検証を行った。

論文

Design of engineering diffractometer at J-PARC

Harjo, S.; 盛合 敦; 鳥居 周輝; 鈴木 裕士; 鈴谷 賢太郎; 森井 幸生; 新井 正敏; 友田 陽*; 秋田 貢一*; 秋庭 義明*

Materials Science Forum, 524-525, p.199 - 204, 2006/00

J-PARCにおいて工業部品内での応力や結晶構造の評価を含めた材料工学におけるさまざまな課題を解決するために工学利用の中性子回折装置(新材料解析装置)を設計・建設する。本装置は、許容の波長範囲では対称性の良い回折プロファイルを作ることができる遅い中性子を発生させるポイゾン型の非結合型液体H$$_2$$減速材を見て、減速材-試料及び試料-検出器のフライトパスはそれぞれ40m及び2.0mである。中性子強度のロス及び速中性子や$$gamma$$線を低下させるためにカーブスパーミラーガイド管を導入する。モンテカルロシミュレーションを用いて本装置の最適化を行い、試料のゲージ幅が5.0mm以下では分解能$$Delta$$d/dが0.2%以下である。1.0mmゲージ幅用のラジアルコリメータの試作機を作製し、中性子を用いた実験から正規分布の半値幅が1.0mmでありシミュレーションした結果と一致した。

論文

中性子回折法による高張力鋼突合せ溶接材の残留応力評価

鈴木 裕士; Holden, T. M.*; 盛合 敦; 皆川 宣明*; 森井 幸生

材料, 54(7), p.685 - 691, 2005/07

本研究では、高張力鋼の一つであるNi-Cr鋼を用いて製作したX開先突合せ溶接試験片の残留応力分布を中性子回折法により測定し、残留応力発生メカニズムを検討した。始めに、無ひずみ状態における格子定数を測定するために、溶接試験片から幾つかの小片試料を切り出した。小片試料を用いて格子定数を測定した結果、溶接過程において生じたマルテンサイト変態などの相変態が影響して、溶接部近傍で格子定数の増加が認められた。次に、$$alpha$$Fe110, $$alpha$$Fe200, $$alpha$$Fe211の三種類の回折により溶接試験片の残留応力分布を測定した。塑性ひずみの影響が無いために、それぞれの回折により評価した残留応力分布はほとんど同様な傾向を示していた。また、溶接部近傍における残留応力はNi-Cr鋼の降伏強さの半分程度の引張残留応力であった。高張力鋼では軟鋼と比べて相変態による膨張量が大きいこと、また、引張残留応力がかなり低い温度となってから発生し始めるために、残留応力が降伏応力に至らなかったと考えられる。したがって、高張力鋼の中性子応力評価では、塑性ひずみの発生を考慮する必要の無いことを確認した。

論文

格子定数の不要な中性子応力測定法の実用材料への応用

鈴木 裕士; 盛合 敦; 皆川 宣明*; 森井 幸生

材料, 54(3), p.339 - 345, 2005/03

中性子応力測定の従来法では、格子ひずみを計算するために、無ひずみ状態の格子定数を正確に把握する必要がある。著者らは、粉末や焼なまし試料などの標準試料を用いて測定した格子定数を用いることなく、三軸残留応力を評価できる中性子応力測定法を開発した。本研究では、この提案した方法を用いて溶接材の残留応力分布を測定した。まず始めに、溶接材料から切り出した小片試料を用いて、溶接材料の格子定数分布を測定した。その結果、HAZ部(熱影響部)に生じたマルテンサイト変態のために、溶接部近傍において格子定数が大きくなる傾向が確認された。提案した方法により評価した格子定数分布もまた、溶接部近傍において大きくなる傾向を示し、また、格子定数の絶対値は、小片試料のそれとほとんど同じであった。したがって、格子定数の分布が存在するような材料であっても、提案した方法を用いることで、格子定数を推定できると考えられる。従来法及び提案した方法により残留応力分布を評価した。その結果、提案した方法により決定した残留応力分布は、従来法により求めた残留応力分布とほとんど同じであった。したがって、提案した方法は、複雑な残留応力状態を有する材料においても、残留応力分布を正確に決定できると考えられる。

論文

Development of new stress measurement method using neutron diffraction

鈴木 裕士; 皆川 宣明*; 盛合 敦; 旗谷 充彦*; 森井 幸生

Materials Science Forum, 490-491, p.245 - 250, 2005/00

中性子回折を用いた応力測定法は、直交する三方向の格子ひずみを測定することにより応力状態を決定する。従来法では、全ての三方向において同型面の格子ひずみを測定する必要がある。しかしながら、集合組織を有する材料においては、全ての方向において同型面の格子ひずみを測定することが困難であったり、試料の大きさや形状により、三方向全ての格子ひずみを測定することができない可能性がある。さらに、従来の残留応力の測定では、無ひずみ状態の格子面間隔d$$_{0}$$が必要不可欠なため、応力測定精度は、粉末試料や焼なまし試料を用いて測定した無ひずみ状態の格子面間隔d$$_{0}$$の正確さに依存した。そこで、本研究では、これらの問題点を解決することを目的とし、三方向全てにおいて同型面でなくても、二方向あるいは三方向における格子ひずみを測定することにより残留応力状態を決定できる高汎用性の応力測定法を提案し、また、無ひずみ状態の格子面間隔がわからなくとも内部残留応力を決定できる応力測定法についても提案した。

論文

Performance of upgraded thermal neutron guides with supermirrors at JRR-3

田村 格良; 鈴木 正年; 羽沢 知也; 盛合 敦; 堀 直彦; 笹島 文雄; 曽山 和彦

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 529(1-3), p.234 - 237, 2004/08

 被引用回数:3 パーセンタイル:72.31(Instruments & Instrumentation)

JRR-3熱中性子導管のNiミラーからNi/Tiスーパーミラーへの改良を行った。その際、スーパーミラーに改良した中性子導管により導かれた中性子ビームの特性試験を行った。2003年の3月に中性子導管末端での中性子の強度は金箔を用いた放射化量を測定することにより求めた。その結果、熱中性子導管末端で以前より6倍の強度になっていることを確かめた。また、熱中性子導管の末端での中性子ビームのスペクトルはTOF測定法を用いて測定した。改良に伴い中性子ビームの波長範囲が広がり、特に改良前に中性子導管の曲率による特性で輸送できなかった短波長の中性子ビームが観測されることとなった。熱中性子導管により導かれた中性子ビームの性能評価の目的のために、McStasを用いたモンテカルロシミュレーションを行った。スーパーミラーの特性は使用している中性子導管の測定値を使用することと実際の設置誤差を入力することにより実際の条件に近い計算を行い、熱中性子導管の計算値と実験値の比較を行った。計算によって得られた値は実験値を再現することを明らかにした。このことにより、TOF測定法を用いることができない中性子ビームポートの中性子スペクトル評価を行うことが可能となった。

論文

中性子回折法による試料端部の測定

皆川 宣明; 盛合 敦; 森井 幸生

日本材料学会第38回X線材料強度に関するシンポジウム講演論文集, p.202 - 205, 2002/09

中性子回折法による内部残留応力測定による表面近傍(試料端部)では、測定結果が極端な延び応力又は縮み応力となる。この原因を解明するための測定を行い、測定方法により散乱角の変化があることがわかった。すなわち、反射法による測定,透過法による測定,スリット寸法,試料走査方向により変化する。これらの条件を基に原因解明を行った結果、入射ビーム広がり角に依存することがわかった。ショットピーニングによる数十マイクロメータから百マイクロメータ深さの応力分布測定に中性子回折法を有効的に利用するためこの解明は大いに役立つことを紹介している。

論文

Distribution of internal stress by a shink-fit for the aluminum ring and plug

皆川 宣明; 森井 幸生; 盛合 敦; 大友 昭敏; 菊地 賢司

Journal of the Physical Society of Japan, Vol.70, Supplement A, p.517 - 519, 2001/05

アルミニウム合金A6063材を用いて、プラグとリングを設計製作し冷し填めによる境界部に発生する熱応力の内部分散を中性子回折法により測定し、設計値と実測値の比較を行い製作法の評価を行った。その結果設計応力値に等しい応力分布が測定され、標準試料として使用できると判断した。設計により予測された周方向の発生応力は、$$sigma_{H}$$=280MPaであり、測定値は約150MPaであった。しかし、無ひずみ格子面間隔測定の誤差、及び工作寸法精度の誤差によるものであり、周方向,半径方向の内部応力分布は理論的形状となっている。

論文

Measurement of internal stress distributions in a high-pressure cell cylinder

盛合 敦; 小野寺 昭史*; 網田 富士嗣*; 大友 昭敏; 皆川 宣明

Journal of the Physical Society of Japan, Vol.70, Supplement A, p.531 - 533, 2001/05

極限条件下中性子散乱実験で使用される試料加圧装置(高圧セル)の加圧状態におけるシリンダー内部の応力分布を、中性子回折法によって非破壊的に調べた。高圧セルをはじめとする中性子散乱実験で用いられる試料環境を制御する補助機器の設計製作においては、その構造材料としてまず中性子をよく透過する材料を選択しなければならない。高圧セルでは、この条件に加えて、ギガパスカルオーダーの高圧力に耐える材料を選ぶ必要がある。一般的にこのような条件を満たす材料はほとんどないため、材料の選択のみによって高性能の装置を製作をすることは極めて難しく、応力解析がいっそう重要になる。応力解析は有限要素法などの数値シミュレーションが一般的であるが、本研究では近年材料内部の応力状態を非破壊で観察できる方法として注目されている上記の方法によって実測することを試みた。

論文

Residual stress measurement by the neutron diffractometer in Japan

皆川 宣明; 森井 幸生; 盛合 敦; 菊地 賢司

Material Evaluation by X-Ray and Neutron Diffraction, p.H_19_1 - H_19_5, 2001/05

日本における材料内部応力測定用中性子回折装置が設置されたのが1992年であり日本での研究がスタートした。現在まで行われていた研究を紹介するとともに、技術開発についても紹介している。最近の研究として、冷し填めアルミ材プラグとリングについて加工残留応力,組立後の熱膨張による境界部分の発生応力を精密に測定し、予測発生応力が周方向で280MPaに対し組立後の測定応力が420MPaであり、事前に測定したリング内径部の周方向残留応力が、150MPaであった。この結果から冷し填めのような製作過程では、部品加工時の残留応力は、最終製品において加算されることが確認された。実際の製品製作工程で各部品の加工残留応力を無視することは、最終製品の残留応力を予測ないし寿命計算を行ううえで無視できないことを意味する。

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