実機模擬を可能とするミニチュア十字型試験片を用いた高温多軸寿命評価式の開発

脱炭素社会の実現や熱機関の高効率化のために，火力発電プラント等の高温機器では，さらに高温高圧の環境下で短周期での稼働と停止の繰返しが要求される。実機では，複雑な応力状態で，繰返し回数依存型の疲労損傷と，負荷時間依存型のクリープ損傷が重畳されることから，高温機器の安全設計や経年劣化対策のためには，構造材料の高温多軸クリープ疲労損傷を精度良く評価する手法が不可欠である。本研究課題では，実機でのすべての応力状態を模擬するために，ミニチュア十字型試験片を用いた多軸クリープ疲労試験手法を提案して，高精度な寿命評価式を開発することを目的とする。上述した課題の解決のために，ミニチュア十字型試験片での多軸クリープ疲労試験の基礎技術を確立した上で，高精度な寿命評価式を開発するが，試験規格等が存在しないことから，具体的な課題を設定して，それらを順次解決して遂行している。初年度は，100 mmサイズ試験片の設計を達成した。具体的には，有限要素法解析および機械加工技術検討の両面を試行錯誤的に行うことで，一辺が95 mmの十字型試験片の形状寸法を決定した。十字型試験片用クリープ疲労試験機開発は，油圧アクチュエータの動作確認までを完了した。また試験プログラムによって直交する二つの荷重軸を任意に制御でき，それらの動作が同位相のin-phase試験および逆位相のout-of-phase試験の予備動作試験までを完了した。室温での要素試験では，4 kNの軸荷重で試験片中央標点部に約500 μεの軸ひずみが発生することを確認した。この試験片を用いることで，損傷き裂は中央標点部で発生して，それ以外の荷重負荷腕部等からの異常破断等を防止できる可能性が示唆された。

脱炭素社会の実現や熱機関の高効率化のために，火力発電プラント等の高温機器では，さらに高温高圧の環境下で短周期での稼働と停止の繰返しが要求される。実機では，複雑な応力状態で，繰返し回数依存型の疲労損傷と，負荷時間依存型のクリープ損傷が重畳されることから，高温機器の安全設計や経年劣化対策のためには，構造材料の高温多軸クリープ疲労損傷を精度良く評価する手法が不可欠である。本研究課題では，実機でのすべての応力状態を模擬するために，ミニチュア十字型試験片を用いた多軸クリープ疲労試験手法を提案して，高精度な寿命評価式を開発することを目的とする。上述した課題の解決のために，ミニチュア十字型試験片での多軸クリープ疲労試験の基礎技術を確立した上で，高精度な寿命評価式を開発するが，試験規格等が存在しないことから，具体的な課題を設定して，それらを順次解決して遂行している。初年度は，100 mmサイズ試験片の設計を達成した。具体的には，有限要素法解析および機械加工技術検討の両面を試行錯誤的に行うことで，一辺が95 mmの十字型試験片の形状寸法を決定した。十字型試験片用クリープ疲労試験機開発は，油圧アクチュエータの動作確認までを完了した。また試験プログラムによって直交する二つの荷重軸を任意に制御でき，それらの動作が同位相のin-phase試験および逆位相のout-of-phase試験の予備動作試験までを完了した。室温での要素試験では，4 kNの軸荷重で試験片中央標点部に約500 μεの軸ひずみが発生することを確認した。この試験片を用いることで，損傷き裂は中央標点部で発生して，それ以外の荷重負荷腕部等からの異常破断等を防止できる可能性が示唆された。