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論文

Mechanical and thermal properties of (U,Pu)O$$_{2-x}$$

廣岡 瞬; 加藤 正人

Proceedings of International Conference on Fast Reactors and Related Fuel Cycles; Next Generation Nuclear Systems for Sustainable Development (FR-17) (USB Flash Drive), 6 Pages, 2017/06

空隙率、酸素金属比(O/M)及びPu含有率をパラメータとしてMOXペレット中の音速測定を行った。空隙率は最も重要な因子であり、O/MやPuがヤング率に与えうる影響は20GPa程度であるが、空隙率が20%増加するとヤング率は100GPaも低下することが明らかとなった。取得した音速のデータと、デバイモデル及び熱膨張の文献データを用いることにより、ヤング率の温度依存性及び比熱の評価を行った。高温になるほどヤング率が低下する傾向に関して文献データとよい一致を示す結果が得られ、また、比熱に関してもショットキー項と高温項を考慮することで文献データとよく一致する結果が得られた。

論文

Mechanical property evaluation method for graphite materials by ultrasonic wave propagation in porous body

柴田 大受; 石原 正博

Proceedings of International Conference on Advanced Technology in Experimental Mechanics 2003 (ATEM '03) (CD-ROM), 5 Pages, 2003/09

酸化損傷は黒鉛材料の巨視的な特性を悪化させる一つの要因として考えられている。特に高温ガス炉への応用においては、黒鉛内部の酸化劣化状態を予測し、ヤング率等の機械的特性を把握することが重要である。そこで、内部酸化状態及びこれに起因するヤング率等の評価のための基礎的な検討を行い、超音波伝播特性を考慮した新たな評価モデルを提案した。提案モデルは結晶粒の方向依存や気孔形状等を確率論的に取り扱うものである。本モデルからは超音波の波高値,減衰特性等とともに音速が得られる。そこで、超音波の音速からヤング率を評価し、実測値との比較検討を行いモデルの妥当性について検討したところ、微粒等方性黒鉛及び粗粒異方性黒鉛についてヤング率の気孔率依存性が実測値と予測値でよく一致した。すなわち、本モデルが黒鉛材料に適用性できることが明らかとなった。

論文

Nondestructive evaluation method on mechanical property change of graphite components in the HTGR by ultrasonic wave propagation with grain/pore microstructure

柴田 大受; 石原 正博

Transactions of 17th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology (SMiRT-17) (CD-ROM), 8 Pages, 2003/08

高温ガス炉の炉内黒鉛構造物は、酸化や中性子照射などにより機械的特性が徐々に変化するため、供用期間中にその健全性を確認する必要がある。酸化による機械的特性の低下は黒鉛内部の気孔の状態に依存するので、結晶粒や気孔などの微細構造に基づいた多結晶体中の超音波伝播解析モデルを用いれば、非破壊的な機械的特性評価が可能になる。一方、このモデルを炉内の黒鉛に適用するには、中性子照射の効果を考慮する必要がある。そこで、新たに中性子照射の効果を考慮した超音波伝播モデルを開発し、HTTRで使用されているIG-110黒鉛のヤング率について、その適用性を検討した。その結果、炉内黒鉛構造物の機械的特性の評価にこの解析モデルを適用できる見通しを得た。

論文

Grain/pore microstructure-based evaluation method for variation of mechanical property of graphite components in the HTGR

柴田 大受; 石原 正博

Transactions of 16th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology (SMiRT-16) (CD-ROM), 8 Pages, 2001/08

黒鉛は酸化により機械的特性が低下するため、高温ガス炉の炉内黒鉛構造物は供用期間中検査においてその健全性を確認する必要がある。酸化による機械的特性の低下は黒鉛内部の気孔状態に依存するので、気孔状態の変化から機械的特性を評価するため、多孔質セラミックス中の気孔と超音波との衝突過程に基づく超音波伝播モデルの酸化黒鉛への適用性について検討した。この超音波伝播モデルを用いて、酸化の進行に伴う黒鉛のヤング率の低下について調べ、酸化に伴う黒鉛内部の気孔状態の変化として気孔寸法、気孔率に加えて気孔形状の変化が解析上重要な因子の一つであることを示した。その結果、酸化による黒鉛の機械的特性の低下の評価にこの解析モデルを適用できる見通しを得た。

論文

Effects of superplastic deformation on dynamic hardness and young's modulus of 3Y-TZP

柴田 大受; 石原 正博; 高橋 常夫*; 本橋 嘉信*

Proceedings of Asian Pacific Conference on Fracture and Strength '01(APCFS '01) and International Conference on Advanced Technology in Experimental Mechanics '01 (ATEM '01), p.894 - 898, 2001/00

高温工学試験研究炉(HTTR)を用いた高温工学に関する先端的基礎研究の一環として、超塑性セラミックス材料に関する高温照射試験研究が計画されている。まず非照射状態での特性を調べるため、3mol%のイットリアで安定化した正方晶ジルコニア多結晶体(3Y-TZP)について、超塑性変形に伴う微小領域の動的硬さ及びヤング率の変化を微小押し込み試験により評価した。また、結晶状態の変化をSEMにより観察した。その結果、超塑性変形による平均結晶粒径の増加に伴い、微小領域の動的硬さ及びヤング率が低下することを明らかにした。この低下の原因を確率論的手法により検討し、結晶の相状態の変化が動的硬さの低下の重要な因子であり、またヤング率の低下には変形に伴うキャビティ生成が重要な因子であることを示した。

論文

Effects of superplastic deformation on thermal and mechanical properties of 3Y-TZP ceramics (Review)

石原 正博; 柴田 大受; 馬場 信一; 星屋 泰二; Wan, C.*; 本橋 嘉信*

Proceedings of OECD/NEA 2nd Information Exchange Meeting on Basic Studies in the Field of High-temperature Engineering, p.113 - 124, 2001/00

高温工学に関する先端的基礎研究として大学との共同研究として進めている超塑性セラミックスに関するHTTRを用いた高温照射試験の現状について、超塑性ジルコニアセラミックスの炉外試験の結果を中心に、以下の2つについてまとめたものである。(1)超塑性変形の与える熱物性への影響,(2)超塑性変形の与える機械力学的物性への影響。熱物性への影響では、超塑性変形後の比熱の変化について得られた実測データから、約5%程度の変形では影響が表れないことを示した。また、機械力学的物性への影響では微小硬さ計を用いたダイナミック硬さ及びヤング率測定結果が、超塑性変形による結晶粒の成長や変形による相変化の影響を受けることを述べた。

論文

Understanding of mechanical properties of graphite on the basis of mesoscopic microstructure (Review)

石原 正博; 柴田 大受; 高橋 常夫*; 馬場 信一; 星屋 泰二

Proceedings of OECD/NEA 2nd Information Exchange Meeting on Basic Studies in the Field of High-temperature Engineering, p.225 - 241, 2001/00

高温工学に関する先端的基礎研究として進めている黒鉛材料を中心としたHTTRを用いた高温照射試験の現状について、(1)微細構造を考慮した破壊モデルの開発,及び,(2)気孔と超音波の相互干渉効果を考慮したヤング率の予測法に関してまとめたものである。破壊モデルの開発では、引張強度,強度の確率分布さらには曲げ強度について、微細構造と強度特性の関連性を述べた。また、ヤング率の予測法では、ヤング率に及ぼす酸化の影響について実測値及びモデルによる予測値の比較について述べた。

論文

Radiation damage on ceramics composites as structural materials

石原 正博; 馬場 信一; 相原 純; 林 君夫; 荒井 長利; 石野 栞*

Proceedings of 1st Information Exchange Meeting on Basic Studies on High-Temperature Engineering, p.299 - 308, 1999/09

HTTRを用いた高温工学に関する先端的基礎研究の一つとして、耐熱セラミックス複合材料の熱・機械的特性に及ぼす照射損傷効果に関する研究を進めている。このうち、機械的強度に及ぼす照射損傷効果を検討するために、気孔、結晶粒及びそれらの分布を考慮した確率論的な強度モデルを開発し、これが黒鉛及び炭化珪素の強度を良く説明できることを明らかとしてきた。そこで、この強度モデルにセラミックス特有の表面及び内部に存在する欠陥に起因する破壊様式を取り込むために、イオン照射により表面近傍の欠陥を変化させた試験を実施し、表面欠陥を変化させた場合の曲げ強度の変化を実験及び解析的に検討した。また、イオン照射により損傷を与えた領域の動的微小硬度を測定したところ、軟化の傾向が認められた。本報告は、今までに得られたこれらの成果について述べるものである。

報告書

Development of carbon/carbon composite control rod for HTTR, 2; Concept, specifications and mechanical test of materials

衛藤 基邦; 石山 新太郎; 深谷 清; 斎藤 保; 石原 正博; 塙 悟史

JAERI-Research 98-003, 34 Pages, 1998/01

JAERI-Research-98-003.pdf:1.26MB

HTTR用制御棒に炭素複合材料を適用することを目的として、制御棒の概念及び仕様の検討、候補材料の強度試験データの所得、及びボルト等の要素に自重によって発生する応力の評価を行った。本概念では制御棒は10個のユニットから成り、それらを炭素複合材料製M16ボルトで長手方向につなげる構造とした。引張、圧縮、曲げ、せん断等の機械的強度データを2種類の候補材料(アクロス社製AC250及び東洋炭素社製CX-270)について室温にて取得した。これらの強度データの平均値の1/3または1/5を暫定的設計強度とし、別途製作した外筒、M6ギルト、M8ボルト等の要素に発生する応力と比較したところ、安全率は、外筒の引張応力で66、M16ボルトの引張とせん断で各々8.8と8.5、端部支持用M8ボルトのせん断で2.43となり、機械的な健全性が明らかになった。

論文

Nanoindentation behavior of a two-dimensional carbon-carbon composite for nuclear applications

金成 守康*; 田中 紘一*; 馬場 信一; 衛藤 基邦

Carbon, 35(10-11), p.1429 - 1437, 1997/00

 被引用回数:27 パーセンタイル:23.97

原子力用炭素複合材料のナノインデンテーション試験を炭素繊維軸に平行及び垂直方向の断面について実施した。比較材として等方性黒鉛を用いた。これらの材料は第1回目の荷重後、大きな弾性回復を示し、その後の荷重サイクルで非弾性ヒステリシスを示した。平均押込み圧力のデータ点をワイブル統計によって解析すると、二つのグループに分けることができた。より大きな平均圧力は繊維に、より小さなそれはマトリクスに起因すると考えられる。平均圧力Pmの荷重P依存性は、複合材料ではPの増加とともにPmの減少、黒鉛では逆の傾向が見られた。黒鉛及び複合材料の繊維とマトリクス各々のヤング率を除荷曲線のスティフネスから計算し、各々、10.7、6.71、1.97GPaという値を得た。黒鉛と繊維についての値は各々バルクの黒鉛と複合材料のヤング率の値と一致した。

論文

高温ガス炉用微粒等方性黒鉛の疲労強度に及ぼす空気酸化の影響

石山 新太郎; 衛藤 基邦; 奥 達雄

日本原子力学会誌, 29(7), p.651 - 655, 1987/07

 被引用回数:7 パーセンタイル:38.43(Nuclear Science & Technology)

高温ガス炉用微粒等方性黒鉛IG-110の引張り-引張り型疲労強度に及ぼす空気酸化の影響を室温で調べた。負荷荷重繰り返し速度を0.5~10Hzとし、酸化は空気中500$$^{circ}$$Cで行った。酸化量は重量減3.5%及び7%とした。酸化に伴う疲労強度の低下は引張り強度の低下と同傾向にあり、次式によって表わせた。log〔($$sigma$$$$_{a}$$/$$sigma$$$$_{t}$$$$_{o}$$)($$rho$$$$_{o}$$/$$rho$$)$$^{6}$$$$^{.}$$$$^{2}$$$$^{4}$$〕=-0.00831-0.00988logNf ここで、$$sigma$$$$_{a}$$,$$sigma$$$$_{t}$$$$_{o}$$,$$rho$$$$_{o}$$,$$rho$$及びNfは各々、負荷応力、非酸化材の平均引張り強度、酸化前かさ密度、酸化後かさ密度及び疲労寿命である。また、非酸化材に対する疲労曲線と酸化後引張り強度のデータから推定した非破壊確率99%/信頼限界95%の酸化材の疲労強度は酸化材に対する実験データに基づく値よりも安全側の評価を与えた。

報告書

20MJ超電導パルスコイルの機械的検討

服部 泰秀*; 島本 進

JAERI-M 85-147, 48 Pages, 1985/09

JAERI-M-85-147.pdf:0.93MB

円形の超電導コイルに関し、各種モデルによる発生応力の計算手法を述べると共に、これらのうちの主要なものについては、マイクロ・コンビュー夕によるプログラムを作成した。そして、これを浸漬旗冷凍方式の20MJ超電導パルスコイルに適用し、コイル大型化に向けての問題点及びその解決法を指摘した。また、超電導パルスコイル特有の問題の一つである撚線タイプ導体の引張ヤング率についても言及し、その評価法を確立した。

論文

The effect of pro-stressing and annealing on the Young's modulus of some nuclear graphites

衛藤 基邦; 奥 達雄

J.Nucl.Mater., 46(3), p.315 - 323, 1973/03

 被引用回数:15

圧縮応力およびくり返した圧縮荷重によって生ずる、原子炉用黒鉛のヤング率の減少と2000$$^{circ}$$Cまでの焼なましによるその回復について調べた。圧縮予応力$$sigma$$とヤング率の減少との関係は、押出材ではE/E$$_{o}$$=-A$$sigma$$$$^{2}$$+B、型込材では(E-E$$_{c}$$)/(E$$_{o}$$-E$$_{c}$$)=Bexp(-A$$sigma$$$$^{2}$$)でよく表わされることが判明した。ここでEは予応力$$sigma$$を与えたときのヤング率、E$$_{o}$$は予応力を与える前のヤング率、E$$_{c}$$は破壊応力にほぼ等しい予応力でのヤング率であり、A、Bは定数である。等時焼なまし実験によると、押出材の場合は1000$$^{circ}$$Cでヤング率はほぼ完全に回復するのに対し、型込材では2000$$^{circ}$$Cでも完全には回復しなかった。ある押出材について、1000$$^{circ}$$C以下での等温焼なまし曲線から求めた回復の活性化エネルギーは約0.6eVであった。

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