報告書番号

Q07011

タイトル（和文）

高温構造材料の粒界局所応力解析手法の開発 －クリープ条件下のボイド成長シミュレーションへの適用－

タイトル（英文）

Development of Grain Boundary Local Stress Analysis Method for High Temperature Structural Materials - Application for Void Growth Simulation under Creep Condition -

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

本研究では，クリープ条件下の高温構造材料の粒界局所応力状態を把握するため，クリープ構成式に抗応力一定を仮定する結晶塑性モデルを用いる有限要素解析手法を開発した。同手法を用い，粒界近傍の局所応力分布に対する粒界特性と結晶方位の影響が3結晶粒モデルを用いて調べられた。その結果，粒界を等方性材料と仮定しても粒界局所応力分布には影響がないこと，異なる結晶方位の組み合わせによっては不均一な応力分布が得られることを示した。また，ノートン係数の約3倍の値の結晶塑性係数を想定することで結晶集合体の巨視的なクリープひずみを定量的に評価できることを明らかにした。そして，これらの結果をもとに粒界局所応力解析とボイドシミュレーションを行うプログラムを作成した。開発したプログラムを用い，Cr-Mo-V鍛鋼を対象とする粒界局所応力解析を実施し，クリープ変形時に粒界三重点で応力集中が発生することを示した。Cr-Mo-V鍛鋼のボイドシミュレーションでは，当所提案のボイド成長モデルと開発した粒界局所応力解析手法を用いることで最大ボイドの長さの時間変化を定量的に再現できることを示した。

概要 （英文）

In this study, a finite element method using crystal plastic model assuming constant anti-stress as creep constitutive equation was developed to understand grain boundary local stress condition of high temperature structural materials under creep condition. Then, applying developed method, the influence of both grain boundary properties and crystal orientation on local stress distribution in the vicinity of grain boundary was investigated using a three-crystal model. Consequently, it was revealed that consideration of grain boundary as an isotropic material did not affect the grain boundary local stress distribution and inhomogeneous stress distribution was obtained due to combination of crystals with different orientation. And it was clarified that global creep strain of crystal aggregation was able to be quantitatively estimated due to assuming approximately three times larger coefficient of crystal plastic model than Norton coefficient. Then, based on those results, a computer program was developed for WINDOWS PC machines. Using the developed program, the grain boundary local stress analyses subjected to Cr-Mo-V forging steel were carried out and it was shown that stress concentration was occurred at the triple point of grain boundary during creep deformation. Then, in the void growth simulation for Cr-Mo-V forging steel, it was demonstrated that time change of maximum void length was quantitative simulated using our proposed void growth model and grain boundary local stress analysis method.

報告者

キーワード