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

基本信息

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

项目摘要

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。

在本项目中，我们将通过分析和实验来阐明过度加载历史对氢团聚机制（氢脆化的原因）的影响，并提出和建立一种控制脉动应力疲劳下氢扩散和聚集行为的方法。条件进行研究。氢脆是由材料中氢浓度的局部增加引起的。因此，通过阐明材料中氢聚集的机制，可以了解氢脆不易发生的条件。在本研究中，我们将利用数值分析来阐明具有过载历史的疲劳条件下应力集中区域的氢聚集机制，并通过实验进行验证和讨论。这项研究的结果将使需要抗氢脆的结构的设计和断裂寿命预测成为可能。这是一个有助于氢能基础设施安全和经济效率的重要研究课题。 2020财年，我们通过数值分析阐明了过量负荷历史对氢聚集产生影响的条件。结果表明，过量的负载可能会促进氢团聚（一种更危险的情况），或者相反会减少氢团聚的量。此外，据预测，氢脆机制可能会根据团聚位置的差异而改变。在材料实际使用的疲劳条件下，不能排除不仅施加实验室疲劳载荷，而且还施加突然载荷。今年的分析结果被认为表明，即使在这种情况下，也可以预测氢脆的发生并确保结构的安全。此外，我们还建立了超负荷疲劳试验系统，并在氢气环境下进行了超负荷疲劳试验。在本实验中，认为如果不适当地确定疲劳裂纹扩展速度和施加过大载荷的时间，则氢的影响不太可能发生。虽然今年我们未能进行足够数量的氢脆测试，但我们在最后一年准备了一个系统来进行实验。