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論文

Neutron diffraction monitoring of ductile cast iron under cyclic tension-compression

Harjo, S.; 窪田 哲*; Gong, W.*; 川崎 卓郎; Gao, S.*

Acta Materialia, 196, p.584 - 594, 2020/09

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Materials Science, Multidisciplinary)

To understand work hardening behavior during low-cycle loading, ductile cast iron containing spheroidal graphite, pearlite, and ferrite matrix was investigated in an in situ neutron diffraction study of up to four cycles of tensile-compressive loading with applied strains of $$pm$$0.01. The amplitudes of applied stress, Bauschinger stress, and Bauschinger strain were found to increase with increasing cycle number, indicating work hardening as cyclic loading progressed. Absolute values of ferrite lattice strain at maximum and minimum applied strains increased with increasing cycle number, indicating an increase in ferrite strength. Consequently, the stress contribution to the strength from ferrite increased as cyclic loading progressed. The increase in ferrite strength, caused by dislocation accumulation in ferrite during cyclic loading, played an important role in the work hardening of the ductile cast iron.

論文

Effect of artificial defects on the very high cycle fatigue behavior of 316L stainless steel

Xiong, Z.*; 直江 崇; 二川 正敏

Metals, 9(4), p.412_1 - 412_11, 2019/04

 被引用回数:1 パーセンタイル:66.53(Materials Science, Multidisciplinary)

本研究では、316L容体化処理材(SA)及び冷間圧延材(CW)の超高サイクル疲労挙動に及ぼす表面欠陥の影響について調査することを目的として、ビッカース圧子を用いたインデンテーションにより人工欠陥を付加した試料に対して超音波法による疲労試験を実施した。その結果、SA材では本研究で実施した応力範囲では疲労強度に影響する欠陥深さの下限値は40$$mu$$mであり、経験式で評価した結果と一致した。一方、20%CW材では、圧痕深さ80$$mu$$m以下で欠陥の影響が見られず、経験式で評価した値を上回った。これは、圧痕付加による圧痕周囲のマルテンサイト変態や残留応力に起因すると考えられる。

論文

Effect of welding on gigacycle fatigue strength of austenitic stainless steels

直江 崇; 涌井 隆; 粉川 広行; 若井 栄一; 羽賀 勝洋; 高田 弘

Advanced Experimental Mechanics, 3, p.123 - 128, 2018/08

核破砕中性子源水銀ターゲット容器は、SUS316L製であり、TIG溶接により製作される。運転中には、陽子線励起圧力はによって、約50s$$^{-1}$$の高ひずみ速度で約10$$^9$$回の繰返し負荷を受ける。本研究では、SUS316L及びその溶接材のギガサイクル領域における疲労強度を超音波疲労試験により調査した。その結果、母材では10$$^9$$回までに明確な疲労限度は観測されなかった。一方、浸透探傷検査により欠陥が観測されなかった溶接材では、応力集中部である試験片中央部に溶接部を配置した試験片において、溶接ビード及び裏波を除去した場合は、母材よりも疲労強度が高くなる傾向が見られた。一方、溶接ビード及び裏波を除去しない場合は、溶接止端部への応力集中により、母材と比較して著しい疲労強度の低下が観測された。

論文

Temperature measurement for in-situ crack monitoring under high-frequency loading

直江 崇; Xiong, Z.*; 二川 正敏

Journal of Nuclear Materials, 506, p.12 - 18, 2018/08

 被引用回数:3 パーセンタイル:36.93(Materials Science, Multidisciplinary)

J-PARCの核破砕中性子源では、SUS316L製の水銀ターゲット容器は陽子及び中性子による損傷を受けると同時に、水銀中の陽子線励起圧力波により繰返し応力が負荷される。ターゲット容器は、1MW条件で2500時間という設計寿命中にひずみ速度約50s$$^{-1}$$で2億回を越える繰返し負荷を受ける。これまでに、SUS316L材のギガサイクルの疲労強度を調べるために超音波疲労試験を実施し、疲労き裂が発生し、試験片の共振周波数が変化する直前に表面温度が急激に300度程度増加する現象を観測した。本研究では、この温度上昇現象のメカニズムを知るために、サーモグラフィを用いた試験片表面の温度分布を計測した。その結果、温度上昇はき裂先端周囲の局所的な領域で生じ、最高温度点がき裂の進展と共に移動することを確認した。さらにLS-DYNAにより非線形構造解析を実施し、要素のひずみエネルギーから温度上昇を導出した結果、き裂の摩擦による温度上昇よりもき裂先端の塑性変形による温度上昇が支配的であることを明らかにした。

論文

Fatigue crack growth for ferritic steel under negative stress ratio

山口 義仁; 長谷川 邦夫; Li, Y.

Proceedings of 2018 ASME Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2018), 6 Pages, 2018/07

疲労亀裂進展中における亀裂の開閉口は、亀裂進展速度の評価において重要な現象である。ASME Code Section XIのAppendix A-4300は、負の応力比におけるフェライト鋼の疲労亀裂進展速度を算出する式について、負荷の大きさに応じて二つ提示している。一つは、負荷が小さい場合に、亀裂の閉口を考慮する式である。もう一つは、負荷が大きい場合に、亀裂の閉口を考慮しない式である。本研究では、フェライト鋼に対して、負荷の大きさを徐々に変えながら疲労亀裂進展試験を実施し、負荷の大きさが亀裂閉口に及ぼす影響を調査した。その結果、Appendix A-4300における疲労亀裂進展速度算出式を切り替える負荷の大きさと比較して、より小さい負荷で亀裂が閉口することを明らかにした。

論文

負荷履歴の影響を考慮した地震時亀裂進展評価手法の検討

山口 義仁; 勝山 仁哉; Li, Y.

溶接構造シンポジウム2017講演論文集, p.21 - 27, 2017/12

設計上の想定を超える地震動による応答荷重における亀裂進展を評価するためには、荷重条件が小規模降伏条件を超える可能性や、荷重振幅の大きさが不規則に変化することを考慮する必要がある。特に、大きな卓越荷重を受けた後の亀裂進展では、負荷履歴による亀裂前縁応力分布の変化や亀裂鈍化の影響を考慮することが重要である。本研究では、地震動による応答荷重を単純化した卓越荷重を含む繰返し荷重による亀裂進展試験や試験を模擬した有限要素解析を実施し、亀裂進展に及ぼすこれらの影響を評価した。また、これらの評価を踏まえ、亀裂前縁応力分布の変化や亀裂鈍化の影響を考慮した地震時亀裂進展評価手法を提案した。さらに、模擬地震応答荷重負荷による亀裂進展試験を実施し、測定した亀裂進展量と提案した手法によるその予測値を比較することで、提案した手法の妥当性を確認した。

論文

EBSD解析によるステンレス鋼の疲労損傷検出; EBSDパターンクオリティの適用性

黒田 雅利*; 釜谷 昌幸*; 山田 輝明*; 秋田 貢一

日本機械学会論文集(インターネット), 83(852), p.17-00072_1 - 17-00072_7, 2017/07

これまでに、電子後方散乱回折(EBSD)測定により得られる結晶方位データを解析することで得られる平均局所方位差(Averaged Local Misorientation, Mave)(Kamaya, 2009)とオーステナイト系ステンレス鋼の低サイクル疲労の損傷量との間に相関があることを報告している。ここでは、実用上の観点から、Maveと、市販ソフトウエアで得られるイメージクオリティ(Image Quality: IQ)とを比較することで、IQの疲労損傷評価に対する適用性について検討し、各パラメータの有用性と特徴を明らかにした。また、X線回折(X-Ray Diffraction: XRD)測定も実施し、得られたXRDデータとIQ値分布とを比較することで、疲労損傷の蓄積に伴うIQ値分布の変化はすべり変形によりもたらされたことを示した。

論文

Development of numerical estimation method using spatial connection methodology for thermal striping in upper plenum of reactor vessel of an advanced loop-type sodium-cooled fast reactor in Japan

田中 正暁; 村上 諭*

Proceedings of 25th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-25) (CD-ROM), 10 Pages, 2017/07

主炉停止系制御棒(PCR)および後備炉停止系制御棒(BCR)、さらに径方向ブランケット燃料集合体(RBA)周辺のCIP部では、これらから流出する低温のナトリウムと燃料集合体からの高ナトリウムとの混合によって、サーマルストライピングが発生する可能性がある。UISの内部では水平方向流れによる影響が、またRBA周辺部ではUISの外部流の影響がそれぞれ存在する。そのため、サーマルストライピング現象を精度よく評価するために、上部プレナム部全体を解く全体解析と評価対象である局所領域を解く局所解析とを連携させた空間連携解析評価手法を整備し、水流動試験結果との比較によりその妥当性を確認した。また、局所モデルの適正化として計算対象領域および空間分解能に関する感度解析を実施し、適切な局所モデルを提案した。

論文

ナトリウム冷却高速炉の高サイクル熱疲労現象に対する解析評価手法整備,2; 基本妥当性確認のための並行3噴流ナトリウム試験を用いたベンチマーク解析

田中 正暁; 小林 順; 長澤 一嘉*

第22回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集(USB Flash Drive), 4 Pages, 2017/06

数値解析によるナトリウム冷却高速炉の高サイクル熱疲労評価を行うべく解析コード(MUGTHES)を整備している。数値解析の信頼性確保を目的としてわれわれが考案したV&V実施手順(V2UP)に従い、並行3噴流ナトリウム試験を対象として、既往文献調査結果に基づいて実機で予想される流動形態を含む代表的な試験条件を選定し、MUGTHESの基本妥当性確認を目的とするベンチマーク問題を設定した。ベンチマーク解析により、MUGTHESの一定の適用性について示されるとともに高度化に向けた今後の整備課題が抽出された。

論文

Reference curve of fatigue crack growth for ferritic steels under negative R ratio provided by ASME Code Section XI

長谷川 邦夫*; Mares, V.*; 山口 義仁

Journal of Pressure Vessel Technology, 139(3), p.034501_1 - 034501_5, 2017/06

 被引用回数:2 パーセンタイル:74.41(Engineering, Mechanical)

Reference curves of fatigue crack growth rates for ferritic steels in air environment are provided by the ASME Code Section XI Appendix A. The fatigue crack growth rates under negative R ratio are given as da/dN vs. K$$_{max}$$. It is generally well known that the growth rates decreases with decreasing R ratios. However, the da/dN as a function of K$$_{max}$$ are the same curves under R = 0, -1 and -2. In addition, the da/dN increases with decreasing R ratio for R$$<$$-2. This paper converts from da/dN vs. K$$_{max}$$ to da/dN vs. $$Delta$$K$$_{I}$$, using crack closure U. It can be seen that the growth rate da/dN vs. $$Delta$$K$$_{I}$$ is better equation than da/dN vs. K$$_{max}$$ from the view point of stress ratio R. Furthermore, extending crack closure U to R = -5, it can be explained that the da/dN decreases with decreasing R ratio in the range of -5 $$<$$ R $$<$$ 0. This tendency is consistent with the experimental data.

論文

Development of V2UP (V&V plus uncertainty quantification and prediction) procedure for high cycle thermal fatigue in fast reactor; Framework for V&V and numerical prediction

田中 正暁; 大野 修司; 大島 宏之

Nuclear Engineering and Design, 299, p.174 - 183, 2016/04

 被引用回数:3 パーセンタイル:55.86(Nuclear Science & Technology)

ナトリウム冷却高速炉における高サイクル熱疲労の数値解析評価の信頼性を確保するため、既存の安全解析を対象とした解析評価の信頼性確保の手法を参照し、PIRTを起点として実機外挿評価までを念頭においたV&V実施計画を策定した。次の5つのカテゴリー((1)PIRTによる現象分析、(2)V&Vの実施(数値解析コード・手法の整備)、(3)検証用試験の設計および配置、(4)各問題に対する不確かさ評価と不確かさの統合、(5)実機予測)からなるV2UPについて、現時点における整備状況と合わせ、その概念について述べる。

論文

Gigacycle fatigue behaviour of austenitic stainless steels used for mercury target vessels

直江 崇; Xiong, Z.; 二川 正敏

Journal of Nuclear Materials, 468, p.331 - 338, 2016/01

BB2014-2666.pdf:0.65MB

 被引用回数:11 パーセンタイル:12.18(Materials Science, Multidisciplinary)

パルス核破砕中性子源の水銀ターゲット容器は陽子及び中性子による照射損傷に加えて、陽子線励起圧力波により繰返し衝撃荷重を受ける。J-PARCの水銀ターゲット容器では、ひずみ速度約50s$$^{-1}$$で2億回を超える衝撃荷重を受ける。本研究では、高ひずみ速度下における超高サイクル領域の疲労強度について調べるために、容器構造材であるSUS316L(SA材)及び照射効果を模擬したSUS316Lの冷間圧延材(CW材)に対して、10$$^9$$回までの疲労試験を超音波疲労試験法により実施した。その結果、SA, CW材共に高ひずみ速度では通常の疲労疲労試験と比較して疲労強度が高くなることが分かった。また、10$$^7$$回以上の超高サイクル領域では、通常の疲労限度以下の荷重で疲労破壊が生じることを明らかにした。

論文

高サイクル熱疲労評価のための流体-構造熱連成解析と熱応力解析との連携評価手法の整備

田中 正暁; 三宅 康洋*

日本機械学会M&M2015材料力学カンファレンス講演論文集(インターネット), 3 Pages, 2015/11

非定常異温度流体混合場と構造材中の非定常熱伝導場を同時に計算する流体-構造熱連成解析(MUGTHESコード)と熱応力解析(FINASコード)による連携解析を実現するためにインターフェースプログラム(MUFIN)を整備した。T字合流配管部を模擬した流体-構造熱連成水流動実験を対象に、MUFINを介したMUGTHESとFINASとの一連の連携解析機能確認を目的とした検証解析を実施し、その適用性を確認した。

論文

Study on flaw-to-surface proximity rule for transforming subsurface flaws to surface flaws based on fatigue crack growth experiments

長谷川 邦夫; Li, Y.; 斉藤 高一*

Journal of Pressure Vessel Technology, 137(4), p.041101_1 - 041101_7, 2015/08

 被引用回数:3 パーセンタイル:74.57(Engineering, Mechanical)

機器の表面近傍に内部欠陥が検出された場合、この欠陥は接近性のルールに従って表面欠陥に置き換えられる。このルールは世界のすべての維持規格に採用されている。しかしながら、具体的な置き換えのモデル化はそれぞれ異なっている。本論文では、内部欠陥から表面欠陥へ成長する疲労亀裂進展解析を実施するとともに、既存実験結果との比較を行った。その結果を踏まえ、米国機械学会のSection XIや日本機械学会の維持規格で定義されている接近性のルールの有効性を検討した。

論文

ナトリウム冷却高速炉の高サイクル熱疲労現象に対する解析評価手法整備,1; PIRTによる解析評価概念モデルの構築

田中 正暁

第20回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集, p.55 - 58, 2015/06

ナトリウム冷却高速炉における高サイクル熱疲労現象に関して、数値解析による評価手法を整備する。実機評価における解析結果の信頼性を確保するため、著者が考案した不確かさ評価と実機評価までを含むV&V実施手順(V2UP)に従い、PIRTを用いた概念モデルの整備、既往試験を含め階層的に配置した検証試験の設定、数値解析コード開発および基本検証、解析評価手法の検証(V&V)、さらに不確かさを考慮した実機評価を行うこととする。本報では、その第1ステップである概念モデルの構築について、PIRTを用いた検討過程と検討結果について報告する。

論文

Mechanical property change in the region of very high-cycle fatigue

Xiong, Z.; 直江 崇; Wan, T.; 二川 正敏; 前川 克廣*

Procedia Engineering, 101, p.552 - 560, 2015/03

BB2014-3103.pdf:0.47MB

 被引用回数:1 パーセンタイル:29.52

核破砕中性子源の構造材料として用いられるオーステナイト系ステンレス鋼SUS316Lの超高サイクル疲労挙動について、ひずみ速度10$$^2$$s$$^{-1}$$の超音波疲労試験により調べた。超高サイクルの繰返し応力負荷に伴う硬化及び軟化を調べるために、溶体化処理材及び冷間圧延材に対して、疲労試験後の試験片断面の硬度分布、引張り試験による残強度測定、非線形超音波による転位密度変化の計測を実施した。その結果、溶体化処理材では、10$$^7$$回以上の超高サイクル領域で繰返し硬化が観測された。冷間圧延材では、10$$^7$$回以下では、繰返し軟化が観測された一方、10$$^7$$回以上では、繰返し硬化が観測された。

論文

Material issues relating to high power spallation neutron sources

二川 正敏

IOP Conference Series; Materials Science and Engineering, 74(1), p.012001_1 - 012001_7, 2015/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:23.32

高出力水銀ターゲットにおける材料問題に関する研究成果、すなわち、液体金属脆化による疲労き裂伝播速度の上昇や破壊脆性値の増加に関する研究成果、イオンビーム照射による照射脆化評価及びナノインデンテーションによる極微小領域の力学特性評価法に関する研究成果、陽子線入射励起衝波による生じるマイクロピット群損傷機構に関する研究成果について総括的にまとめると共に、さらにその抑制技術に関する技術開発について報告する。

論文

Development of V2UP (V&V plus uncertainty quantification and prediction) procedure for high cycle thermal fatigue in fast reactor; Framework for V&V and numerical prediction

田中 正暁; 大野 修司; 大島 宏之

Proceedings of OECD/NEA & IAEA Workshop on Application of CFD/CMFD Codes to Nuclear Reactor Safety and Design and their Experimental Validation (CFD4NRS-5) (Internet), 14 Pages, 2014/09

ナトリウム冷却高速炉における高サイクル熱疲労の数値解析評価の信頼性を確保するため、既存の安全解析を対象とした解析評価の信頼性確保の手法を参照し、PIRTを起点として実機外挿評価までを念頭においたV&V実施計画を策定した。次の5つのカテゴリー((1)PIRTによる現象分析、(2)V&Vの実施(数値解析コード・手法の整備)、(3)検証用試験の設計および配置、(4)各問題に対する不確かさ評価と不確かさの統合、(5)実機予測)からなるV2UPについて、現時点における整備状況と合わせ、その概念について述べる。

論文

Numerical investigation on thermal striping phenomena in a T-junction piping system

田中 正暁; 三宅 康洋*

Proceedings of 22nd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-22) (DVD-ROM), 13 Pages, 2014/07

本報では、流動-構造熱連成解析コード(MUGTHES)の検証を目的として、サーマルストライピング現象の典型問題としてT字合流部での異温度流体混合に対する水流動試験を対象に熱流動解析(流体部の解析のみ)を実施するとともに、MUGTHESによる数値解析結果を基に、T字合流部での温度変動発生メカニズムに対する大スケール渦運動との相互作用に関して調べたものである。MUGTHESによる熱流動解析では、標準スマゴリンスキーモデルによるラージエディシミュレーション法を採用した。解析コードの検証過程では、GCI(格子収束性)評価を実施し、最小二乗法に基づくGCI評価手法の適用性が高いことを示した。また、解析結果から、構造評価に対して影響の大きい主要な温度変動発生メカニズムは、枝噴流前縁から後流領域の境界に沿って主配管表面近傍で形成されるネックレス状渦、枝噴流背後で形成される馬蹄状渦、さらに枝噴流背後のカルマン渦との相互作用によることを明かにした。

論文

流体-構造熱連成解析コードの検証過程における不確かさ定量評価手法の検討

田中 正暁; 大野 修司

第19回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集, p.247 - 250, 2014/06

ナトリウム冷却高速炉における高サイクル熱疲労解析評価の信頼性を確保するため、V&Vと実機評価を含む実施手順をV2UPとして具体化した。V2UPでは不確かさ評価を実施する。本報では、実用問題としてT字合流部での異温度流体混合に対する水流動試験を対象とした検証解析結果を用い、適用可能なGCI評価手法を整備し、最小2乗法に基づく修正手法の適用性が高いこと、解析結果と実験結果との定量比較手法としてAVM法および修正版であるMAVM法の適用が可能であることを確認した。

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