極低温用構造材料の破壊力学的挙動に関する理論的研究

低温结构材料断裂力学行为理论研究

• 批准号: 07750103
• 负责人: 上田 整
• 金额: $ 0.51万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1995
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1995 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07750103/
• 关键词: 極低温破壊力学; オーステナイト系ステンレス鋼; ガラス-エポキシ系有機複合材料; 弾塑性解析; 有限要素法; 発熱・温度上昇; 応力拡大係数; 核融合炉超伝導マグネット

核融合炉超伝導マグネットには、構造材料としてオーステナイト系ステンレス鋼等が使用され、また、電気的熱的絶縁材料としてガラス-エポキシ系有機複合材料が利用されている。本研究は、極低温用構造材料の破壊力学的挙動及び極低温破壊に伴う発熱・温度上昇の発生機構を解明することを目的に、数理解析及び有限要素法による数値シミュレーションを併用して理論的検討を行ったもので、研究内容を要約すると以下の通りである。1.オーステナイト系ステンレス鋼JJ1鍛造材(板厚250mm)の極低温破壊靱性試験及びき裂進展に伴う発熱・温度上昇計測に関する有限要素解析を行った。JJ1鍛造材は、核融合炉超伝導マグネット用構造材料として開発されたJCS(Japanese Cryogenic Steels)の一つである。極低温破壊力学の弾塑性解析は、Dugdaleモデル及びひずみ増分理論に従って実施した。また、J積分及びき裂進展に伴う擾乱エネルギーを求め、擾乱エネルギーを発熱源とする非定常温度場を解析した。さらに、解析結果と実験結果を比較し、詳細な検討を加えた。2.き裂群を有するガラス-エポキシ系有機複合材料の極低温弾性問題を物性値温度依存性の影響を考慮して理論解析し、応力拡大係数に及ぼす材料温度、き裂密度及び織物構造の影響を詳細に検討した。3.ガラス-エポキシ系有機複合材料及びエポキシ樹脂はり材の極低温破壊力学解析を行い、破壊に伴う擾乱エネルギーを動的ひずみエネルギー解放率を用いて評価した。また、解析結果と実験結果を比較し、擾乱エネルギーから擾乱熱エネルギーへの変換率を求めた。

Nuclear fusion furnace super conductive materials, structural materials, system materials, steel, etc. are used for heat insulation materials, electric materials, and organic composite materials. This study aims to clarify the mechanism of thermal evolution and temperature rise associated with fracture mechanics of structural materials for cryogenic applications, and to discuss the theoretical model and research contents by using mathematical analysis and finite element method. 1. Finite element analysis of ultra-low temperature crack resistance test and crack development associated with heat dissipation and temperature rise measurement of forged steel JJ1 (plate thickness 250mm). JJ1 Forging materials, nuclear fusion furnace super conductive materials for the development of JCS(Japanese Cryogenic Steels) a The plastic analysis of cryogenic fracture mechanics, Dugdale's theory and its application Analysis of unsteady temperature fields due to perturbations The results of the analysis are compared and discussed in detail. 2. The influence of temperature dependence on the properties of organic composites at very low temperatures due to crack group, crack density and fabric structure is discussed in detail. 3. Evaluation of the mechanical properties of organic composites and resins at extremely low temperatures Compare the analytical results with the analytical results, and find the conversion rate of the disturbance.

项目成果

山田英一: "オーステナイト系ステンレス鋼鍛造材の極低温破壊に伴う発熱・温度上昇" 日本機械学会第8回計算力学講演会講演論文集. 95-4. 255-256 (1995)

Eiichi Yamada：“与奥氏体不锈钢锻件低温断裂相关的发热和温升”日本机械工程师学会第八届计算力学会议记录 95-4（1995）。