抄録/ポイント：
抄録/ポイント
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ガスタービン初段静翼は,燃焼器直下の高温燃焼ガス雰囲気による厳しい熱流束環境で使用されていることから,熱疲労亀裂が多数発生し,熱疲労亀裂の進展挙動の予測が可能であれば,補修頻度の合理化が可能になる。本報告では,静翼解析に関して,並列計算によって現状世界最高水準の自由度数を取り扱い得る上,非弾性破壊力学パラメータ評価機能を有する超並列大規模解析ソルバADVCを用いた解析を行い,レファレンスとして比較可能な解を求めるとともに,亀裂発生位置の特定,破壊力学パラメータ算出法の検討及び典型的な亀裂位置に対する破壊力学パラメータ評価を行った結果について述べる。亀裂を想定しないモデルを用いて。ADVCによる固体中の熱伝導解析を行い,得られた表面温度分布の変化から,翼の前縁及び後縁が翼幅中央部よりも高めの温度となり,滑らかな温度分布が得られた。熱伝導解析結果のファイルを用いて,弾塑性応力解析を行い,ひずみ範囲が大きい部位は,アウトサイドウォール及びインサイドウォール中央部の先頭翼後縁付近,ならびにインサイドウォール切り欠き部であった。代表的な亀裂位置として,アウトサイドウォールの亀裂を対象として,破壊力学パラメータ評価法を検討した。エネルギー法に基づく場合の応力拡大係数と弾性J積分J
eの関係は,K
I=√(J
e/E)の関係に従うとした。解析で得られた疲労J積分推定値を亀裂長さと比較すると,先頭翼後縁から発生するインサイドウォール中央部の亀裂は先頭翼までの距離の75%に達しても停留傾向を示さないが,アウトサイドウォール中央部に生じる亀裂は,同75%までに停留傾向を示すことが確認できる。先頭翼腹側の亀裂に対する疲労J積分は,他のケースに比べて小さく,進展性は非常に弱い。後尾翼背側付根部の亀裂は,サイドウォールの亀裂とほぼ同オーダーの疲労J積分範囲を与え,亀裂の停留傾向傾向は認められなかった。ガスタービン静翼の亀裂進展評価法について検討し,弾塑性J積分と,亀裂開口端変位の比例関係を利用し,複雑な条件下でも確実に算出し得る亀裂開口端変位に基づく評価法が汎用性を持つ見通しが示唆された。なお弾塑性J積分算出には数値積分を要するため,難易度が高いが,亀裂進展速度と高い相関を持つとされている。亀裂開口端変位とは,亀裂が開いた状態における亀裂面同士の距離の最小値である。
