核融合炉超伝導マグネット構造健全性評価システムの開発に関する電磁破壊力学的研究

核融合炉超伝導マグネットの構造健全性評価を対象とするとき、従来の破壊力学の手法では不十分である。核融合炉超伝導マグネット特有の現象である電磁材料力学的挙動、極低温における電磁熱的相互干渉、電磁場、温度場と固体の変形の相互干渉を詳細に検討し、これに基づく電磁破壊力学的基礎研究を実施する必要がある。本研究では、以上の点に鑑み、超伝導マグネット構造部材を対象に、極低温,電磁場等の実際的環境を考慮し、電磁破壊力学に関する基礎的検討を行った。また、超伝導コイルの巻線剛性評価についても、基礎的検討を加えた。得られた成果を要約すると、以下の通りである。1.電磁力を受けるき裂材の電磁破壊力学解析まず最初に、強磁場・電流下の表面き裂材の電磁破壊強度について検討するため、軸方向磁場内における内周環状縁き裂を有する電導厚肉円筒の軸方向定常電流による特異応力について理論解析した。次に、三次元表面き裂を有する電導平板の電磁破壊力学パラメータの近似的評価を与えるため、磁場内における貫通き裂を有する両端固定伝導帯板の定常電流による電磁ねじり問題を考え理論解析した。2.強磁性板の破壊と変形の解析一様磁場の作用を受ける貫通き裂を有する両端単純支持の柔らかい強磁性板に曲げモーメントが作用する場合を考え、き裂先端の特異磁気曲げモーメントに及ぼす磁場の影響を解明した。3.曲低温下GFRPの熱破壊解析極低温構造材料として広く用いられることが期待される織物複合材料G10-CRを取り挙げ、極低温下の複合材料中に存在するき裂の熱応力拡大係数および機械的特性を解明した。4.超伝導コイルの巻線剛性評価 歪解析等を行い、実験と比較した。

核融合炉超伝導マグネットの構造健全性評価を対象とするとき、従来の破壊力学の手法では不十分である。核融合炉超伝導マグネット特有の現象である電磁材料力学的挙動、極低温における電磁熱的相互干渉、電磁場、温度場と固体の変形の相互干渉を詳細に検討し、これに基づく電磁破壊力学的基礎研究を実施する必要がある。本研究では、以上の点に鑑み、超伝導マグネット構造部材を対象に、極低温,電磁場等の実際的環境を考慮し、電磁破壊力学に関する基礎的検討を行った。また、超伝導コイルの巻線剛性評価についても、基礎的検討を加えた。得られた成果を要約すると、以下の通りである。1.電磁力を受けるき裂材の電磁破壊力学解析まず最初に、強磁場・電流下の表面き裂材の電磁破壊強度について検討するため、軸方向磁場内における内周環状縁き裂を有する電導厚肉円筒の軸方向定常電流による特異応力について理論解析した。次に、三次元表面き裂を有する電導平板の電磁破壊力学パラメータの近似的評価を与えるため、磁場内における貫通き裂を有する両端固定伝導帯板の定常電流による電磁ねじり問題を考え理論解析した。2.強磁性板の破壊と変形の解析一様磁場の作用を受ける貫通き裂を有する両端単純支持の柔らかい強磁性板に曲げモーメントが作用する場合を考え、き裂先端の特異磁気曲げモーメントに及ぼす磁場の影響を解明した。3.曲低温下GFRPの熱破壊解析極低温構造材料として広く用いられることが期待される織物複合材料G10-CRを取り挙げ、極低温下の複合材料中に存在するき裂の熱応力拡大係数および機械的特性を解明した。4.超伝導コイルの巻線剛性評価 歪解析等を行い、実験と比較した。