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特集記事
中性子の利用1 研究炉 JRR-3における中性子応力測定
著者:
鈴木 裕士, Hiroshi SUZUKI
発刊日:
公開日:
残留応力とは、読んで字のごとく、外力を負荷しない状況においても、物体内部に存在し続ける応力のことを言う。この残留応力は、例えば、工業製品の製造工程における、機械加工、塑性加工、接合、組み立てなどに起因して発生し、機械部品の寸法精度や、その疲労強度などに影響することが知られている。時に、疲労破壊を原因とした事故が報道されることがあるが、こういった疲労破壊の多くは、その破壊起点周辺の引張残留応力に起因するものが多い [1]。このように、人命にも関わる重大事故にも繋がりかねない残留応力は、「ものづくり」の分野において重要な力学パラメータの一つであり、残留応力を知ること、そしてそれを制御することは、信頼性の高い製品開発に重要である。しかし、残留応力は直接目に見ることはできないために、どこにどれだけの大きさの残留応力が発生しているかを把握することは難しい。そのため、何らかの方法により、その残留応力を定量化し可視化することが必要になる。 残留応力測定に対するニーズには、ものを壊すことなく非破壊で測定できること、実機そのもの、あるいは実機にできるだけ近い状態で測定できること、数 mm以下の高い空間分解能で応力分布の測定がで...
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特集記事
中性子の利用2 大強度陽子加速器(J-PARC)を利用した材料評価
著者:
諸岡 聡, Satoshi MOROOKA
発刊日:
公開日:
中性子回折法は中性子の優れた透過能を生かすことで、数十 mmメーターオーダーの材料深部の応力・ひずみを非破壊で測定できる唯一の測定技術として知られており、種々の機械構造物の残留応力測定を通して、高性能、高信頼性、長寿命化を目指した製品開発や構造設計に大きく貢献している [1]。一方、材料強度や破壊メカニズムを議論するうえでは、単に残留応力を測定するだけでなく、弾性ひずみ(応力)や集合組織、転位密度等のミクロ組織因子を定量的に評価することが重要である。 多くの実用材料は複数のミクロ組織(複合組織)で構成されているため、不均一な塑性変形を起こす特徴があり、これに起因して内部応力が発生する。例えば、曲げ加工した板材は、板厚方向にマクロな応力分布が発生する。これを第一種(残留)応力(マクロ応力)と呼び、残留応力測定の主たる対象となる。一方、二つ以上の異なる材料を一体的に組み合わせた複合材料や複合組織を有する合金は、相界面や結晶粒界近傍にミクロな応力分布が発生する。これを第二種(残留)応力(ミクロ応力)と呼び、マクロ応力と区別する必要がある [2, 3]。このミクロ応力に起因する弾性ひずみ等の情報を得るうえで、中性子回...
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特集記事
放射光の応用1 単色X線を利用した応力評価
著者:
鈴木 賢治, Kenji SUZUKI
発刊日:
公開日:
日本国内の放射光施設が建設されてから久しいが、新たな施設建設も進行している。今後も放射光を利用した材料評価の研究と利用は継続発展するものと思う。前項では、量子ビーム (放射光および中性子 )を利用した応力・ひずみ評価の基礎的事項について説明した。本稿では、高エネルギー放射光を応用したテーマとして、コーティングの残留応力、溶接および粗大粒の問題について紹介する。また、分光器から得られる単色X線による応力評価について述べる。放射光白色X線を利用した応力評価については、次の「放射光の応用 2」にて取り扱う。...
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放射光の応用2 白色 X線を利用した応力評価
著者:
城 鮎美, Ayumi SHIRO
発刊日:
公開日:
大型放射光施設 SPring-8では、現在 57本のビームラインが稼働しているが、そのビームラインの多くが単色 X線を利用している。しかし、本来の放射光は様々な波長を含んでおり、分光器を介さないこれらの光は白色 X線と呼ばれている。白色 X線を利用した応力測定は、古くは 1970年代から登場[1]しており、当時は比較的低エネルギの白色 X線が利用されてきた。 1990年代に入り、SPring-8に代表される第 3世代の大型放射光施設の台頭によって次第に高エネルギ白色 X線の利用が容易となり、主に欧米を中心に研究が進められてきた。 白色 X線を利用した応力測定は、半導体検出器(Solid State Detector: SSD)を利用したエネルギ分散法が一般的である。しかし、ここ数年、白色 X線による応力測定は検出器の開発とともに大きな変革期を迎えている。 本稿では従来のエネルギ分散法による応力測定法の紹介の他に、新たな検出器による白色 X線を利用した応力測定法について述べる。...
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特集記事
特集記事「量子ビームで拓く材料評価の特集にあたって」
著者:
鈴木 賢治, Kenji SUZUKI
発刊日:
公開日:
極微の世界では,粒子性と波動性を併せ持つ振る舞いがみられ、その性質を量子性という。その粒子には、光子、中性子、素粒子などがある。研究炉や加速器などの量子ビーム施設を有効かつ積極的に利用することで,新たな科学技術を切り拓くことが期待されている。 本特集では、材料評価のプローブとして利用される光子 (電磁波 )および中性子を利用した量子ビームの研究として、シンクロトロン放射光および中性子回折を利用した材料評価 (応力・ひずみ )を紹介する。...
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特集記事
量子ビームを利用した応力・ひずみ評価の基礎
著者:
秋庭 義明, Yoshiaki AKINIWA
発刊日:
公開日:
量子ビームといっても聞きなじみのない方もおられるであろうが、近年随所で散見されるようになってきた。文部科学省では平成 25年度から 29年度の 5年にわたり、量子ビーム技術の利用研究と基盤技術開発を目的として「光・量子融合連携研究開発プログラム」が実施され、光子、イオン、電子、中性子、中間子、ニュートリノ等、ビームの一般的総称として量子ビームを定義している。近年これら量子ビームを応力・材料評価に積極的に活用することで新たな展開をはかり、これまで不可能であった応力評価が可能になるとともに、各種現象の理解が深まりつつある。 機械、建築、土木関連の構造物や各種要素部品の新規設計や維持管理において、応力・ひずみの概念なくして具現化することはできない。構成材料が有する強度・抵抗に対して、使用中に作用もしくは作用すると予想される応力・ひずみが信頼性に対して大きく影響する。実際に作用する応力については、材料力学的な検討とともに、コンピューターを援用して比較的短時間に高精度な応力・ひずみ評価が可能になってきた。複雑な幾何学形状の最適化や拘束条件の変更も容易になり、危険部位(ホットスポット)の同定や危険度を抽出する手法として、...