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．

专注于燃料电池车辆和风能发电以利用可再生能源。这些设备的一个问题是氢对超高循环疲劳强度的影响。氢降低了疲劳裂纹的起始寿命，但尚未阐明这种机制的机制。这项研究旨在通过基于帮助（氢增强的局部塑性变形）理论对氢的影响进行建模，以阐明氢对疲劳裂纹起始的影响。今年，在这项研究中，我们使用氢扩散分析进行了建模对氢对位错的影响，并使用脱位动力学进行了疲劳裂纹启动模拟。此外，我们研究了在真空环境中进行超声疲劳测试的方法。为了建模氢对位错的影响，我们已经建模了“减少稳定性相互作用”和“脱位迁移率的增加”。关于“减少稳定性相互作用”，对两个位错进行了二维分析，并计算了围绕位错的氢分布。根据氢分布，计算由氢引起的剪切应力。我们进行了不同位置位置的分析，并提出了由氢引起的位错距离，位错角和剪切应力之间的关系。关于“增加位错的迁移率”，我们根据Bal等人的分子动力学分析结果制定了氢浓度与位错的迁移速度之间的关系。对于使用错位动力学方法的疲劳裂纹启动模拟，将上述模型引入了脱位动力学方法并进行了模拟。结果，发现氢会加速疲劳裂纹的起始。对于真空环境下的超声疲劳测试，准备了真空罐并选择了真空泵。

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