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石山 新太郎; 神谷 昌岳*; 近藤 充記*; 比氣 明典*
日本機械学会論文集,A, 79(806), p.1504 - 1516, 2013/10
福島県下で18,000Bq/kgを越える高放射能汚染土の界面化学的分散制御と高速せん断流解砕による洗浄フィールド試験を実施し際に発生した高濃度汚染残土中の
Cs等FPを、その主要捕獲鉱物であるモルデナイト鉱物相の高温場における構造不安定性を利用して再回収する技術に関する検討を行い、下記結論を得た。(1)代表的な東北産の天然モルデナイト鉱物のCs-型での高温構造不安定性は1173K以上で顕著である。(2)高濃度汚染残土の1173K
1時間までの高温加熱試験によりこの鉱物相からのCsの乖離を観測した。その際のFP乖離量は、高温加熱初期において顕著であり、1時間加熱後において初期値の約65%程度が乖離したものと評価された。(3)高濃度汚染残土の高温処理により発生するCsガスの高温再回収は、電気集塵式高温FPフィルターと後段でのコールドトラップにより発生ガスのほぼ100%の回収が可能である。
山口 義仁; Li, Y.*; 勝山 仁哉; 鬼沢 邦雄
日本機械学会論文集,A, 79(802), p.730 - 734, 2013/06
国内の原子力発電所は、従来の設計条件を超えるような非常に大きな地震動を経験しており、巨大地震に対する機器・構造物の健全性評価は重要な課題である。過大な引張・圧縮荷重が配管材におけるき裂進展挙動に及ぼす影響に関して平板試験片を用いた評価を行った。試験結果から、過大荷重がき裂進展挙動に及ぼす影響を確認した。この影響について、き裂先端付近の応力分布とき裂先端の鈍化に着目して原因を考察し、き裂進展評価手法を提案した。また提案手法の配管への適用性を確認するために、4点曲げにより模擬地震動を負荷する配管試験を実施した。配管試験より、本手法のき裂進展評価では従来手法と比較して実験値に近くかつ保守的に評価可能であることがわかり、本提案手法は配管におけるき裂進展に対しても有効であることが示された。
山口 義仁; Li, Y.*; 杉野 英治*; 勝山 仁哉; 鬼沢 邦雄
日本機械学会論文集,A, 78(789), p.613 - 617, 2012/05
国内の原子力発電所は非常に大きな地震動を経験しており、き裂等の経年劣化を考慮した配管等の健全性評価法の高度化が重要な課題となっている。本研究では、過大圧縮荷重を含む地震動を模擬した繰返し荷重によるき裂進展試験を行い、圧縮荷重がき裂進展挙動に及ぼす影響を調べた。その結果、過大圧縮荷重によるき裂進展の加速及びき裂開口荷重の低下を確認し、これらはき裂先端に引張応力が生じるためであることを応力解析から明らかにした。これらの結果を踏まえ、き裂進展速度に及ぼす過大な圧縮荷重の影響の評価手法を提案した。
北岸 茂; 斎藤 隆; 菊地 泰二; 遠藤 泰一; 土谷 邦彦
日本機械学会論文集,A, 78(788), p.564 - 570, 2012/04
材料試験炉(JMTR)で実施する燃料照射試験のための照射キャプセルの技術開発の一環として、摩擦圧接法によるジルカロイ-2(Zry-2)/SUS316L継手の製作性試験を行い、接合条件を決定するとともに、接合界面の特性評価及び継手性能を評価した。まず、摩擦時間を変更した継手の機械的特性の影響を明らかにした。次に、その接合条件で製作した継手について、断面マクロ観察,元素分析及び硬さ分布測定を行い、継手の接合界面部の熱影響及び元素分布を明らかにした。また、高温引張試験,ヘリウム漏れ試験及び水圧バースト試験を行い、燃料照射試験で使用する条件における継手の健全性を明らかにした。
廣内 智之*; 都留 智仁; 渋谷 陽二*
日本機械学会論文集,A, 77(782), p.1723 - 1734, 2011/10
金属材料の内部組織を形成する過程の一つである粒成長過程では、粒界領域を減少させることが駆動力となるため、粒界エネルギーや粒界モビリティといった粒界特性が大きく影響する。本研究では、分子動力学法によって得られた純Alの対称傾角粒界の粒界エネルギー方位差依存性に基づき、粒界エネルギー分布をモデル化し、それを用いて三重点の自由エネルギーを考慮した高次項を持つ高次マルチフェイズフィールド(MPF)モデルを構築した。そして、粒界特性を考慮した多結晶体の粒成長過程の解析が可能であることを示した。
村松 眞由*; 青柳 吉輝; 志澤 一之*
日本機械学会論文集,A, 77(780), p.1304 - 1319, 2011/08
まず再結晶過程における結晶格子を棒要素としてモデル化し、その運動学について論じた。次に、新相及び母相で構成される材料において、混合理論との類似性から混相理論としての保存則を定式化した。特に、結晶格子オーダーの離散量に対する保存則をメゾ領域である代表体積要素(RVE)内で加算平均することで、2相物質におけるいずれか一方の単相に対する質量,運動量,角運動量及びエネルギーの保存則を定式化した。ここで、角運動量保存則及びエネルギー保存則には結晶格子のスピン運動とRVE内での公転運動の情報が導入されるが、対象となるバルクスケール及び結晶格子スケールに特有の長さを代表量に選んでオーダー評価し、角運動量保存則をバルク部分及び結晶格子部分に分離した。この処理を介することで、結晶格子のスピン角運動量を考慮する場合でもCauchy応力の対称性が維持できることを示唆した。また、微視的角運動量が導入された本モデルが、一般化連続体力学のいかなるモデルに対応あるいは類似しているかについても言及した。さらに、上記のようにRVE内で平均化された保存則は、RVEを連続体の1物質点に帰着させることにより、新相あるいは母相の保存則となり、混合理論における保存則として定式化された。
山口 義仁; Li, Y.*; 杉野 英治*; 勝山 仁哉; 鬼沢 邦雄
日本機械学会論文集,A, 77(777), p.685 - 689, 2011/05
耐震設計時に想定した地震動を超える大きさの地震動が観測された新潟県中越沖地震や残余のリスクも考慮するよう改定された耐震設計指針を受けて、原子炉機器の耐震安全性に関し、大規模な塑性変形を伴う繰返し荷重によるき裂進展評価が重要である。繰返し荷重による疲労き裂進展速度は通常、応力拡大係数範囲(
K)を用いて評価される。しかし、応力拡大係数は小規模降伏条件下で適用可能な概念であるため、それを超える負荷に対して弾塑性破壊力学パラメータJ積分を用いたき裂進展評価方法を検討した。配管材料を用いたき裂進展試験結果から、繰返しき裂進展には疲労き裂進展と延性き裂進展が重畳していることが示された。また、過大荷重後のき裂進展速度の遅延効果に関して、Kに基づくWheelerモデルにJ積分を導入した新たなモデルを提案し、実験から得られた遅延効果を評価するためJを適用したモデルを提案した。これらから、疲労き裂進展及び延性き裂進展並びに過大荷重後の遅延効果を考慮したき裂進展評価法を提案した。
青柳 吉輝; 小林 遼太郎*; 志澤 一之*
日本機械学会論文集,A, 77(775), p.448 - 461, 2011/03
転位セル構造の形成及びセルサイズ減少を再現する反応-拡散方程式を導出し、すべり速度及び応力といった変形場の情報を考慮した反応速度係数モデル及びセル構造形成に関する転位の相互作用を考慮した反応速度係数モデルを提案した。また、反応-拡散方程式から得られる転位密度情報を結晶塑性論における結晶の硬化則に導入することによって転位パターニングを考慮した転位-結晶塑性モデルを構築した。本モデルを用いてFEM-FDM連成解析を行い、転位パターニングに基づく結晶粒微細化の初期プロセスを再現し、転位組織が超微細粒の形成に及ぼす影響について検討した。
矢田 浩基; 倉地 宏晃*; 月森 和之; 服部 修次*
日本機械学会論文集,A, 77(773), p.146 - 153, 2011/01
3種類の組成の異なる鉛ビスマス合金中で磁わい振動によるキャビテーション壊食試験を行った。試験温度を融点と沸点を百分率で整理した相対温度を使用すると、相対温度14
Cにおける各種鉛ビスマス中の壊食速度はイオン交換水中に比べて約10
12倍、ナトリウム中では約25倍となる。また、試験後の材料の硬さを調査した結果、イオン交換水中よりも鉛ビスマス中でより加工硬化が進むことから、鉛ビスマス中ではより大きな気泡崩壊圧が作用したと考えられる。さらに、試験材料にSUS304, SUS403, 9Cr-1Mo鋼を用いて壊食試験を行い、壊食速度の違いは材料の硬さと平山のNi当量で整理が可能であることが明らかとなった。
黒澤 瑛介*; 青柳 吉輝; 志澤 一之*
日本機械学会論文集,A, 76(772), p.1547 - 1556, 2010/12
転位源としての粒界の役割を考慮し、転位密度が極めて低い結晶粒において流れ応力が変形の初期段階において一時的に増加することを表現できる新たな臨界分解せん断応力モデルを構築した。また、本モデルを既報で構築したトリプルスケールGN転位-結晶塑性モデルに導入した。本モデルを用いて、転位組織-結晶粒構造-巨視的試験片にまたがるマルチスケールFEM解析を初期粒径及び初期転位密度の異なるFCC多結晶に対して実施し、焼鈍されたFCC微細粒からなるマクロな試験片に発現する降伏点降下現象及びL
ders帯の伝播を数値解析的に再現した。さらに、試験片レベルでの巨視的降伏及び結晶粒レベルでの微視的降伏状況について考察するとともに、粒径の減少に伴う降伏後の変形挙動の違いについて検討した。
西川 弘之; 勝山 仁哉; 宇田川 誠; 中村 光行; 鬼沢 邦雄
日本機械学会論文集,A, 76(770), p.56 - 64, 2010/10
原子炉圧力容器の肉盛溶接及び溶接後熱処理による溶接残留応力を評価するため、熱影響部の材質変化を考慮した熱弾塑性クリープ解析を行った。熱影響部の材質変化を考慮することで、解析で得られた応力分布は平板型試験体から実測された応力分布によく一致した。この解析手法を用いて、原子炉圧力容器形状を模擬したモデルに対して、肉盛溶接,溶接後熱処理,耐圧試験,通常運転及び加圧熱衝撃時における応力分布を算出し、肉盛溶接が圧力容器の応力分布に及ぼす影響を評価した。得られた応力分布を用いて、PTS時におけるき裂を想定した際の応力拡大係数について検討を行った。
柴田 大受; 角田 淳弥; 牧田 太陽*; 高木 俊*; 國本 英治*; 沢 和弘; Kim, W. J.*; Jung, C. H.*; Park, J. Y.*
日本機械学会論文集,A, 76(764), p.383 - 385, 2010/04
日本原子力研究開発機構では、1000C近い高温のガスを炉外に取り出すことができる超高温ガス炉(VHTR)の研究開発を進めており、高効率発電や水素製造への利用が可能である。VHTRの炉内構造物には、金属に代わる耐熱性に優れた耐熱セラミックス複合材料を開発することが重要であり、炭素繊維強化炭素複合材料(C/C複合材料)は候補材料の一つであるが、炉内構造物への応用のためには、その破壊挙動を明らかにしておく必要がある。本研究では、二次元(2D-)C/C複合材料についてSENB試験片により破壊特性を評価し、以下の結果を得た。(1)3つの銘柄の2D-C/C複合材料について、金属材料の評価式を適用して応力拡大係数を評価することを試み、今回の試験体系で材料ごとの破壊特性を評価することができる見通しを得た。(2)荷重-開口変位量曲線において、き裂の進展だけではなく層間はく離の効果が含まれていることを確認した。今後、定量評価を行う予定である。
黒澤 瑛介*; 青柳 吉輝; 只野 裕一*; 志澤 一之*
日本機械学会論文集,A, 76(764), p.483 - 492, 2010/04
幾何学的に必要な結晶欠陥(GN転位密度及びGN不適合度)に基づく転位-結晶塑性モデルに均質化法を導入することで、転位の微視構造,結晶粒構造及び巨視構造という3階層を橋渡しするトリプルスケール結晶塑性モデルを構築した。本モデルを用いて、転位組織-結晶粒構造-試験片にまたがるマルチスケールFEM解析を初期粒径の異なるFCC多結晶に対して実施し、超微細粒からなるマクロな金属材料における寸法効果を数値解析的に再現した。さらに、得られた解析結果から、粒径のサブミクロン化に伴って結晶粒の微視的降伏は起こりにくくなること、並びに、超微細粒金属の延性の低下は降伏後の加工硬化率の減少に伴う塑性不安定性に起因することがわかった。
Li, Y.*; 長谷川 邦夫*; 鬼沢 邦雄; 杉野 英治*
日本機械学会論文集,A, 75(752), p.469 - 475, 2009/04
原子力設備の配管において、供用期間中検査で欠陥が検出された場合、日本機械学会維持規格や米国機械学会ボイラー・圧力容器コードSec.XIの規定では、配管の健全性を評価するために極限荷重評価法が適用される。実際に配管等に発生する欠陥は、応力腐食割れのように複雑な形状を有しているものの、規格では欠陥深さが一様の欠陥形状に対する極限荷重評価基準のみを規定している。本報告では、より現実的な管の健全性評価を可能とするため、単一の周方向表面欠陥の形状が任意である場合の管の破壊評価手法を提案する。管の塑性崩壊モーメントと曲げ応力は、任意形状の欠陥を複数の小欠陥に分割することにより求められる。本破壊評価手法による計算結果は、実験結果とよく一致することが示された。また、塑性崩壊曲げ応力を求めるにあたって、半楕円表面欠陥の分割数を3個とすれば工学的に十分であることを明らかにした。
Li, Y.*; 杉野 英治*; 長谷川 邦夫*; 鬼沢 邦雄; 土居 博昭*; 蛯沢 勝三*
日本機械学会論文集,A, 75(749), p.56 - 63, 2009/01
供用期間中検査においてステンレス鋼配管に欠陥が検出された場合、その配管の健全性を評価するため、日本機械学会維持規格や米国機械学会ボイラー・圧力容器コードに規定されている極限荷重評価法が適用される。しかしながら、応力腐食割れの場合等には複数欠陥が同一平面に検出されているにもかかわらず、現行の規格においては、単一欠陥に対する極限荷重評価法の評価式のみが規定されている。本論文では、合理的な方法で配管の健全性を評価するため、任意の数と分布を有する独立した欠陥が配管内表面に存在する場合の極限荷重評価式を提案する。この評価式の妥当性を確認するため、さまざまなケースについて数値計算を行い、評価式の有効性を確認した。
齊藤 徹*; 鈴木 裕士; 石橋 寿啓*; 友田 陽*
日本機械学会論文集,A, 74(744), p.1118 - 1125, 2008/08
粗大結晶粒を有する材料の応力測定のニーズは年々増加しているが、粗大結晶粒を有する工業材料や工業製品は多種多様であり、結晶粒径も製品によって異なる。そのため、種々の結晶粒サイズに対応した適切な揺動条件を評価・検討することは、揺動法を用いた応力測定の測定精度や信頼性を高めるためにも必要不可欠である。本研究では、中性子回折法による応力測定が困難とされてきた粗大結晶粒合金の鍛造部品に対して、揺動を行わない従来法で求めた応力値とステップ揺動法により求めた応力値の比較を行った。従来法では測定回折面によって異なる応力値を示したが、ステップ揺動法を用いることで回折を満たす結晶粒が増加し、中性子応力測定が可能になることを明らかにした。また、実験結果より多重度因子が大きい回折面ほど小さい揺動範囲で応力測定が可能であり、揺動範囲は回折面に依存することを実験的に確認した。さらに、平均結晶粒径と測定体積の関係から適切な揺動範囲の推定が容易にできることを示した。
都留 智仁; 渋谷 陽二*
日本機械学会論文集,A, 74(743), p.933 - 938, 2008/07
ナノスケールの塑性変形では、基礎メカニズムである転位の振る舞いが平均化されずに直接的に駆動源とその応答の関係に反映される。実験や近年広く行われている原子論的シミュレーションでこのような現象を直接観察することは困難である。本研究では、古典転位論によって転位の運動を記述する三次元離散転位動力学法を導入し、重ね合わせの原理に基づいた境界要素法との連結手法によるマルチスケールモデルを構築し、ナノインデンテーションで観察されるナノスケールの塑性現象について考察を行った。その結果、圧子直下に存在する転位は押込み荷重にほとんど影響を及ぼさない一方、表面に運動する転位双極子が変位バーストを引き起こすことを明らかにした。
鈴木 賢治*; 菖蒲 敬久; 和田 国彦*; 松原 秀彰*
日本機械学会論文集,A, 74(739), p.370 - 376, 2008/03
ガスタービンエンジンの主要技術である遮熱コーティングに関して、高温大気曝露を施した試験片における残留応力及び組織観察を行い、曝露前との比較することによる材料挙動を検討した。高エネルギー放射光X線による非破壊応力測定の結果、コーティング表面から中間層において圧縮応力が開放されつつあり、組織観察からその原因は焼結による羽毛状組織の凝集が影響していると考えられる。また、ボンドコーティングとの界面付近のトップコーティング初期層では残留応力が解放されずに圧縮の面内残留応力が残っており、これはボンドコーティングと基材との熱膨張係数のミスマッチが影響していると考えられる。
都留 智仁; 渋谷 陽二*
日本機械学会論文集,A, 73(732), p.877 - 882, 2007/08
結晶材料のナノインデンテーションにおいて、弾性変形から押込み変位が不安定に増大する変位バーストと呼ばれる現象が発現することが広く知られている。そのメカニズムについて、転位の運動や酸化皮膜などの考えがあるものの、明確な原因は未だわかっていない。本研究では、押込みにより生じる弾性ひずみエネルギーが、転位の自己及び相互作用エネルギーに変換される理想的な数理モデルを構築した。そして、押込み下では、転位の自己エネルギーよりも相互作用エネルギーが支配的となる高密度な転位群が生成されることを示した。また、変位バーストは同時に数百もの多数の転位が生成され、生成される転位双極子による表面ステップによって引き起こされることを明らかにした。
古橋 一郎*; 川崎 信史; 笠原 直人
日本機械学会論文集,A, 73(730), p.686 - 693, 2007/06
内包流体の温度成層化により円筒容器に生じる熱応力の簡易評価の高精度化を目的に、流体との熱伝達及び熱伝導を考慮した容器の定常温度解析及びその結果を用いたシェル応力解析を行い、以下の結果を得た。ステップ状あるいはランプ状の流体温度に対し、容器の板厚平均温度は温度減衰係数bを用いて高精度に評価できる。容器の熱応力は係数比b/
(シェル係数)と無次元成層区間巾Lのみに依存する。この特性を利用して、容器の最大熱応力及びその発生位置を求める線図を作成した。線図を用いることにより、容器の定常熱応力の高精度の簡易評価が可能となった。設計コストの低減と設計合理化に寄与するであろう。
