報告書番号

N04019

タイトル（和文）

ゴムシールを対象とした力学・熱・化学連成劣化解析

タイトル（英文）

Mechanical-thermal-chemical coupling aging simulation for rubber seals

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

電力機器に使用されるゴムシール材料の材料劣化にともなう耐久性を予測することを目的として，高分子材料の力学的・熱的・化学的な現象を連成して評価可能な解析手法を新規に提案した．提案した定式化に基づいて開発した解析コードは，力学特性として超弾性構成式を，熱特性として非定常な熱伝導方程式を，化学特性として化学反応速論に基づく材料の熱劣化特性を考慮可能で，それぞれを連成問題として解析できる．さらに，力学特性と熱特性に対して，有限ひずみ理論を適用しているため，シール材料のように大きく変形しながら，熱伝導と材料劣化が生じるような場合でも高い解析精度を期待できる．力学材料試験などから，有限要素解析に必要な20のパラメーターを決定し，形状を仮定したシール材の数値解析を実施したところ，温度環境による熱劣化の状態や，熱劣化にともなう剛性低下などが容易に評価できることが分った．

概要 （英文）

A new mechanical-thermal-chemical coupling simulation method of polymer material was proposed for the purpose of evaluating long term thermal aging stability of rubber seals. The finite element analysis code that was developed based on the proposed formulations, apply the hyperelastic constitutive equation to mechanical property, un-stationaly heat conduction equation to thermal property and the chemical kinetics theory to chemical reaction; the code can calculate them as fully coupled problems. Additionally, the finite strain theory that applied to mechanical and thermal formulation, enables higher accuracy of numerical simulation with regard to the condition that thermal flow and material aging with large deformation applied to rubber seals. Approximately 20 numerical parameters that required for the finite element analysis code, were determined by material test results and numerical simulations were conducted for a rubber seal in supposed kinematic geometries; therefore, configurations of chemical reaction caused by thermal environments and softening phenomena of mechanical stiffness were evaluated easier than former methods.

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