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クリープ疲労き裂進展特性評価

目的

発電プラント、石油化学プラント、航空機エンジン等の高温機器において、使用中に発生したき裂に対する安全性を診断するためのデータベースとして、材料の高温疲労およびクリープ疲労進展特性を実験により評価した。
 さらにこのデータベースを用いて、事前に欠陥寸法が既知の部材に対する低サイクル疲労(三角波)およびクリープ疲労(台形波)条件下での寿命を推定し、実験で得られた寿命とよく一致することを検証した。

方法

以下の方法でき裂進展寿命を評価した。
材料・・・・・・・Ni基超耐熱合金
 試験片形状・・・・中央き裂平板
 き裂計測方法・・・除荷弾性コンプライアンス法 
 J積分評価方法・・荷重-開口変位ヒステリシス線図を用いた簡易式k

試験装置・ソフト

以下の試験装置を用いた(図1参照)。
 負荷装置・・・・電気油圧サーボ式疲労試験機
 加熱装置・・・・高周波誘導加熱装置
 き裂開口変位計測・・DTF変位計

結果

(1)J積分を用いて純疲労および純クリープにおけるき裂進展特性が評価できた(図2)。
(2)上記の特性を用いて、微小欠陥を有する平滑丸棒の高温低サイクル疲労寿命およびクリープ疲労寿命を推定した。この推定寿命は実験値とよく一致することが確認された(図3)

お客様の成果

 本データベースとFEM解析等によるプラントのJ積分を用いることにより
(1)き裂の入った経年プラントの余寿命診断が可能になる。
(2) 設計や運転条件における許容結果寸法や定期点検の時期を決定できる。

イメージ ※クリックすると拡大します。

  • 中央き裂平板を用いた高温疲労き裂進展試験例
  • 弾塑性J積分、クリープJ積分を用いた高温疲労、クリープき裂進展特性評価
  • 図2のき裂進展特性を用いて推定した丸棒(微小欠陥付き)の疲労およびクリープ疲労寿命と実測値の比較
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