疲労条件下の過大荷重履歴が有する水素凝集加速効果の発現メカニズム

疲劳条件下过载历史引起的氢聚集加速效应机制

• 批准号: 21K03756
• 负责人: 大見 敏仁
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Shonan Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03756/
• 关键词: 水素脆化; 数値解析; 疲労; 過大荷重; 水素濃度分布

本計画では，水素脆化の発現要因である水素凝集メカニズムに及ぼす過大荷重履歴の影響を解析及び実験により明らかにし，変動応力疲労条件下での水素拡散凝集挙動の制御手法を提案・確立するための研究を行う。水素脆化は，材料中の水素濃度が局所的に増加することによって誘起される。従って，材料中の水素凝集メカニズムを解明することで，水素脆化が誘起されにくい条件をも知ることができる。本研究では，過大荷重履歴のある疲労条件下での応力集中部における水素凝集メカニズムを数値解析により明らかにし，実験的にも検証・考察を行う。本研究成果は，耐水素脆性が求められる構造物の設計や破壊寿命予測などを可能とする。水素エネルギーインフラの安全性と経済性に寄与する重要な研究課題である。令和4年度は，数値解析を用いて水素凝集に及ぼす過大荷重履歴の効果が発現する条件を明らかにした。過大荷重により水素凝集が促進される場合（より危険な条件）と、逆に水素凝集量が低下する場合があることを明らかにした。さらに，その凝集位置の違いから発言する水素脆化メカニズムが変化する可能性が予測された。実際に材料が使用される疲労条件では，実験室的な疲労荷重だけではなく突発的な荷重が負荷される可能性が排除できない。今年度の解析結果は，このような場合でも水素脆化現象の発現を予測して構造物の安全性を確保できる可能性を示唆していると考えられる。また，実験による過大荷重のある疲労試験を行う体制を構築し，水素環境中の過大荷重を有する疲労試験を行った。この実験では，疲労き裂成長速度と過大荷重を負荷する周期を適度に決めなければ水素の影響が発現しにくいと考えられる。今年度は十分な数の水素脆化試験を行えなかったが，最終年度に実験を行える体制を整えることができた。

This project aims to analyze the main causes of water embrittlement and the influence of excessive load on water embrittlement, and to propose and establish the control methods of water embrittlement aggregation under dynamic fatigue conditions. Water embrittlement is caused by the increase of water concentration in materials. In this paper, the aggregation of water elements in materials is analyzed. The conditions for inducing water embrittlement are discussed. This study is aimed at analyzing the numerical value of water element aggregation under excessive load and fatigue conditions, and to investigate the practical application of water element aggregation. The results of this study indicate that it is possible to design and predict the fracture life of structures with water resistance and brittleness. The safety and environmental protection of water element production are important research topics. In the fourth year, the number of analysis results in the aggregation of water elements and excessive load conditions. When the load is too large, the amount of water aggregation is too low. In addition, the possibility of water embrittlement due to the violation of aggregation position is predicted. In the event of material fatigue conditions, the possibility of sudden load loss due to fatigue in the chamber is excluded. The analysis results of this year indicate the possibility of predicting the occurrence of water embrittlement and ensuring the safety of structures. For example, if the water is too heavy, the water will be too heavy. The impact of water on the growth rate of fatigue crack and excessive load cycle should be considered. This year, the number of water embrittlement tests is very high.

项目成果

疲労中の過大荷重による水素凝集挙動の数値解析

疲劳过程中过载引起的氢团聚行为的数值分析

• 发表时间: 2021
• 作者: 大見敏仁;藤澤示哉
• 通讯作者: 藤澤示哉

応力多軸度を用いた一定応力条件下での最大水素濃度予測

使用应力多轴性预测恒定应力条件下的最大氢浓度

• 发表时间: 2022
• 作者: 大見敏仁;外山茜
• 通讯作者: 外山茜

Correlation of deformation with damage progression behavior around a notch tip under creep and fatigue conditions for W-added 9Cr steel including weld joint

添加 W 9Cr 钢（包括焊接接头）在蠕变和疲劳条件下变形与缺口尖端周围损伤进展行为的相关性

• DOI: 10.3233/sfc-228010
• 发表时间: 2022
• 期刊: Strength, Fracture and Complexity
• 作者: Yokobori A. Toshimitsu;Ishikawa Haruki;Sugiura Ryuji;Ohmi Toshihito;Tabuchi Masaaki
• 通讯作者: Tabuchi Masaaki

局所多軸応力を用いた水素濃度予測

使用局部多轴应力预测氢浓度

• 发表时间: 2021
• 作者: 大見敏仁;藤澤示哉;寺垣孔生,横堀壽光
• 通讯作者: 寺垣孔生,横堀壽光