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諸岡 聡; 徐 平光; 菖蒲 敬久; 鈴木 裕士
no journal, ,
中性子回折法は、中性子線の優れた透過能を生かすことで、数センチメートルオーダーの材料深部の応力・ひずみを非破壊で測定できる唯一の測定技術として知られており、種々の機械構造物の残留応力測定を通して、高性能、高信頼性、長寿命化を目指した製品開発や構造設計に大きく貢献している。著者らの所属する応力・イメージング研究グループでは、研究用原子炉施設JRR-3や大強度陽子加速器施設J-PARCで得られる中性子線や大型放射光施設SPring-8で得られる放射光X線、さらに、近年開発の進む小型中性子源の可能性にも着目しながら、回折やイメージング技術、小角散乱や全散乱技術を応用した材料強度研究を推進している。本発表では、10年ぶりに運転再開を果たしたJRR-3のT2-1ポートに設置された中性子応力測定装置RESAの現状について紹介する。
諸岡 聡; 徐 平光; 菖蒲 敬久
no journal, ,
中性子回折法は、中性子の優れた透過能を生かすことで、数十ミリメートルスケールの材料深部のひずみ・応力を非破壊で測定できる唯一の測定技術として知られており、種々の機械構造物の残留応力評価を通して、高性能・高信頼性・長寿命化を目指した製品開発や構造設計に大きく貢献している。一方で、材料強度や破壊機構を議論するうえでは、単に残留応力を測定するだけでなく、粒間ひずみや相間ひずみなどのミクロひずみや転位密度を定量的に評価することも重要である。これらの情報を得るうえで、中性子回折法は有効な手段であり、ミクロひずみや転位密度のバルク平均と力学特性の関係を求めて、材料の変形機構や強度発現機構を議論するのに適している。このように、中性子回折法は、残留応力に基づく機械部品等の健全性を評価する応力評価研究だけでなく、材料の力学特性や機能性向上を目指した材料工学研究などへの応用が期待できる。著者らの所属する応力・イメージング研究グループでは、研究用原子炉施設JRR-3や大強度陽子加速器施設J-PARCで得られる中性子や、大型放射光施設SPring-8で得られる放射光を併用しながら、回折やイメージング技術を応用した材料強度研究を促進している。我々はこれらの研究を推進するために、JRR-3のT2-1ポートに設置された中性子応力測定装置RESAと2台の中性子イメージング装置TNRF&CNRFを管理している。現在、2021年7月20日のJRR-3における施設供用運転の再開により、日本国内の中性子応力測定装置は、10年半ぶりにJRR-3のRESAとJ-PARCのTAKUMIの2台体制となった。このような恵まれた実験環境か活かし、学術利用及び産業利用の多くの利用者に本測定技術を利用していただき、世界をリードする数多くの研究成果を創出していきたいと考えている。本発表では、10年半ぶりに運転再開した中性子応力測定装置RESAの高度化状況,装置仕様,使用状況,残留応力測定例などの現状を紹介するとともに、現在の状況を踏まえた課題の抽出や今後の高度化計画などに言及する。
菖蒲 敬久; 向井 智久*; 有木 克良*; Choe, H.*; 山本 慎*; Han, B.*; 諸岡 聡; 栗田 圭輔; 飯倉 寛
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本研究では、材料に対する透過力が非常に高い中性子を用いて、施工後のアンカーの長期接着特性を評価するための基礎研研究を実施した。その結果、CT測定では、約0.2mmの空間分解能で約
60mmの鉄筋コンクリート内部の観測が評価できることを明らかにした。一方、負荷中のひずみ分布ではアンカーのひずみ分布に単調な変化を示さなかったため、いくつかの問題があることが明らかにした。
諸岡 聡; 徐 平光; 柴山 由樹; 佐々木 未来; 菖蒲 敬久
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中性子回折法は、中性子の優れた透過能を生かすことで、数十ミリメートルスケールの材料深部のひずみ・応力を非破壊で測定できる唯一の測定技術として知られており、種々の機械構造物の残留応力評価を通して、高性能・高信頼性・長寿命化を目指した製品開発や構造設計に大きく貢献している。我々の研究グループでは、研究用原子炉施設JRR-3や大強度陽子加速器施設J-PARCで得られる中性子や、大型放射光施設SPring-8で得られる放射光を併用しながら、回折技術を応用した材料強度研究を促進している。我々はこれらの研究を推進するために、JRR-3のT2-1ポートに設置された中性子応力測定装置RESAを管理している。本発表では、中性子応力測定装置RESAの装置仕様,使用状況,高度化状況,残留応力測定例などの現状を紹介するとともに、現在の状況を踏まえた課題の抽出や今後の高度化計画などに言及する。
諸岡 聡; 徐 平光; 柴山 由樹; 佐々木 未来; 菖蒲 敬久
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中性子応力測定装置RESAは、角度分散型の中性子回折装置であり、JRR-3ビームホールのT2-1ポートに設置されている。中性子応力測定とは、原子間を評点間距離とする物理的な応力計測法であり、中性子の優れた透過能を生かすことで、数mmから数十mmオーダーの材料内部のひずみ・応力状態を非破壊・非接触で測定することができる唯一の測定技術として知られており、種々の機械構造物の残留応力測定を通して、高性能,高信頼性,長寿命化を目指した製品開発や構造設計に大きく貢献している。中性子回折法による応力測定技術は、中性子産業利用推進に貢献する中心的な測定技術の一つである。例えば、自動車エンジンやロケットエンジンといった輸送機械部品、インフラ構造物や発電プラントを模擬した溶接構造物など、様々な機械・構造物の信頼性・健全性の確保や安全設計を目的とした安全・安心かつ持続可能な社会の実現に関わる重要な力学パラメータの一つである残留応力を評価するために広く用いられている。2021年度のJRR-3の運転再開により、日本国内における中性子応力測定装置はRESAとTAKUMIの2台体制となる。このような恵まれた実験環境を活かし、学術利用及び産業利用の多くのユーザーに本測定技術を利用していただき、世界をリードする数多くの研究成果を創出していきたいと考えている。本ポスター発表では中性子応力測定装置RESAの現状について紹介する。
諸岡 聡; 徐 平光; 柴山 由樹; 佐々木 未来; 菖蒲 敬久
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輸送機器や大型構造物中に存在する残留応力は「隠れた力」とも言われ、部材の疲労破壊に大きな影響を与えるだけでなく、部材寸法の安定性も左右する。中性子による非破壊応力測定法は結晶格子をゲージ長さとして結晶による回折現象を利用してひずみを計測することから、原理的にはあらゆる結晶材料に適用することができる。2022年度において、JRR-3の中性子応力測定装置RESAでは、試料位置における中性子束強度を向上させるために、0.7mm厚の(004)Si(15枚積層)の平板型結晶を用いて、可変式2軸湾曲の集光型モノクロメータシステムを開発した。その結果、2021年度の中性子強度と比較して、およそ2倍の中性子強度を得ることに成功した。本講演では、上述のモノクロメータシステムを導入したJRR-3の中性子応力測定装置RESAの現状と自動車などの輸送機械部品や発電プラントを模擬した溶接構造物など、様々な機械・構造物の信頼性・健全性の確保や安全設計を目的とした安全・安心かつ持続可能な社会の実現に関わる重要な力学パラメータの一つである残留応力の測定例を紹介する。
柴山 由樹; 諸岡 聡; 徐 平光; 菖蒲 敬久
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成形部品中の残留応力は、その耐水素脆化特性を理解する上で重要な因子である。しかし、形状による耐水素脆化特性の優劣を比較する方法は未だ存在しない。そこで我々はそれら成形によって生じる残留応力の応力状態を表す応力三軸度に着目した。本報告では幅広い応力三軸度を評価する引張試験を有限要素法による弾塑性解析より設計した。そして中性子応力測定装置を用いて引張変形中の応力状態を測定し、弾塑性解析結果との比較から、その妥当性を検証した。
柴山 由樹; 諸岡 聡; 徐 平光; 菖蒲 敬久
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構造部材内部に存在する残留応力は水素脆化割れの原因となる。したがってその耐久性を決定する上で重要な役割を持つ。我々は、さまざまな変形モードによって引き起こされる残留応力の多軸性に注目した。残留応力の多軸性を表すパラメータ:応力三軸度を用い、幅広い応力三軸度を示す新たな引張試験手法を開発した。本報告では、1GPa級マルテンサイト組織鋼を用いて開発した引張試験中の応力形成過程と平均応力三軸度について中性子応力測定と有限要素解析を用いて検証したので報告する。