HELP理論を用いた水素のモデル化に基づく疲労き裂発生加速機構の解明

使用 HELP 理论基于氢建模阐明疲劳裂纹萌生加速机制

• 批准号: 22K14151
• 负责人: 蓮沼 将太
• 金额: $ 2.33万
• 依托单位: Aoyama Gakuin University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14151/
• 关键词: 水素; 疲労; 転位; 疲労き裂発生

再生可能エネルギーの活用のために，燃料電池自動車や風力発電などに注目が集まっている．これらの機器において問題になるのは，超高サイクル疲労強度に及ぼす水素の影響である．水素により疲労き裂発生寿命は低下するが，そのメカニズムは解明されていない．本研究では，HELP(水素助長局所塑性変形)理論に基づき水素の影響をモデル化することで，疲労き裂発生に及ぼす水素の影響を解明することを目的とする．今年度は，本研究では水素拡散解析を用いて転位に及ぼす水素の影響をモデル化および転位動力学法を用いた疲労き裂発生シミュレーションを行った．加えて，真空環境下における超音波疲労試験の方法を検討した．転位に及ぼす水素の影響をモデル化については，「転位間相互作用の減少」と「転位の易動度の増加」をモデル化した．「転位間相互作用の減少」については，二つの転位に対する二次元解析を行い，転位周りの水素分布を計算した．その水素分布を基に，水素によるせん断応力を計算した．転位の位置を変えた解析を行い，転位間距離，転位間角度と水素によるせん断応力の関係を数式化した．「転位の易動度の増加」については，Balらの分子動力学解析の結果を基に，水素濃度と転位の移動速度の関係を数式化した．転位動力学法を用いた疲労き裂発生シミュレーションについては，上記のモデルを転位動力学法に導入し，シミュレーションを行った．その結果，水素によって疲労き裂発生が加速することが明らかになった．真空環境下における超音波疲労試験については，真空槽の作成と真空ポンプの選定を行った．

The regeneration of fuel cells is possible, and the use of fuel cells in automatic vehicles and wind power generation is of great concern. The machine is not working properly, and the machine is not working properly. The water element has a long life span, and the water element has a long life span. The purpose of this study is to clarify the effects of water on the development of fatigue and the effects of water on the development of plastic deformation based on HELP theory. In this paper, we study the effect of water on the dispersion of water by using the method of water dynamics. In addition, the ultrasonic fatigue test method under vacuum environment is discussed. The influence of the position and the water element is reduced. The interaction between the positions is reduced. The mobility of the positions is increased. "Reduction of interaction between sites" is a two-dimensional analysis of sites, and the distribution of water elements in sites is calculated. The water element distribution is based on the calculation of water element strength. The relationship between the position, the distance between the positions, the angle between the positions, and the force between the positions is digitized. The relationship between the water concentration and the moving velocity of the hydrogen atom is quantified based on the results of molecular dynamics analysis of Bal. The kinetic method is introduced into the system. As a result, the water element is released and the crack is generated. Ultrasonic fatigue test in vacuum environment, vacuum tank construction and vacuum test selection.

项目成果

水素の影響を導入した転位動力学法による疲労き裂発生シミュレーション

使用位错动力学方法并考虑氢的影响进行疲劳裂纹萌生模拟

• 发表时间: 2022
• 作者: 梶田展人 ; 関宰 ; 山本正伸 ; 大河内直彦 ; 岡田誠 ; 羽田裕貴 ; 菅沼悠介;蓮沼将太，LIN Junya，早瀬知行
• 通讯作者: 蓮沼将太，LIN Junya，早瀬知行

Investigation of the Effect of Hydrogen on Fatigue Crack Initiation using Discrete Dislocation Dynamics

使用离散位错动力学研究氢对疲劳裂纹萌生的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: Shota Hasunuma;Junyang Lin and Tomoyuki Hayase
• 通讯作者: Junyang Lin and Tomoyuki Hayase