WEKO3
アイテム
金属材料ベローズの圧密化と耐圧性能の向上に関する研究
https://doi.org/10.15118/00010873
https://doi.org/10.15118/00010873dfc92267-e0c9-45ec-bdaa-ed12939f872f
| 名前 / ファイル | ライセンス | アクション |
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A504 (21.7 MB)
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A504_summary (104.1 kB)
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| アイテムタイプ | 学位論文 / Thesis or Dissertation(1) | |||||||||||||
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| 公開日 | 2022-12-19 | |||||||||||||
| タイトル | ||||||||||||||
| タイトル | 金属材料ベローズの圧密化と耐圧性能の向上に関する研究 | |||||||||||||
| 言語 | ja | |||||||||||||
| 言語 | ||||||||||||||
| 言語 | jpn | |||||||||||||
| 資源タイプ | ||||||||||||||
| 資源タイプ識別子 | http://purl.org/coar/resource_type/c_db06 | |||||||||||||
| 資源タイプ | doctoral thesis | |||||||||||||
| ID登録 | ||||||||||||||
| ID登録 | 10.15118/00010873 | |||||||||||||
| ID登録タイプ | JaLC | |||||||||||||
| アクセス権 | ||||||||||||||
| アクセス権 | open access | |||||||||||||
| アクセス権URI | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 | |||||||||||||
| 著者 |
藤元, 亮弥
× 藤元, 亮弥
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| 抄録 | ||||||||||||||
| 内容記述タイプ | Abstract | |||||||||||||
| 内容記述 | 燃料電池自動車の水素ステーションに使用されるホースの開発に関連して，耐水素脆化金属材料製ベローズの内圧変形強度とベローズ形状との関係を実験と数値シミュレーションから検証した．材料には耐水素脆化特性に優れるSUS316NieqとHRX19の2種類のオーステナイト系ステンレス鋼を使用した．第一に材料の静的変形強度特性を調査するため，233 K－343 Kの温度範囲で静的引張試験を行い応力－ひずみ関係を求めた．2種類の材料共に温度が低いほど引張強度も破断ひずみも増加する結果を得た．また引張強度はHRX19の方が高くなった．第二にベローズを軸方向に圧縮加工（圧密化）することによる耐圧性能の向上を実証するため，HRX19製のU型ベローズとそれを圧密したベローズを試作して内圧破断実験を実施した．結果は圧密化の程度が大きいほど破断内圧が大きくなった．また破断はベローズの軸方向に生じており，破断に寄与する応力としては円周方向の応力が支配的であった．第三にベローズの内圧変形強度と形状の関係を数値シミュレーションで調査するため，解析コードANSYSを用いて有限要素法による構造解析を実施した．U型ベローズの軸方向圧縮シミュレーションと，内圧を負荷した時のベローズの変形と応力に関するシミュレーションを行った．シミュレーションは引張試験で得られた応力－ひずみ線図に基づいており，引張強さを真応力に変換した値を破断基準と仮定した．負荷する内圧を徐々に大きくしていき，円周応力が破断基準に達するときの内圧をU型ベローズと圧密ベローズで比較した．結果は圧密化の程度が大きいほど内圧も大きい，すなわち内圧強度が高くなった．これは内圧破断実験での結果と同じ傾向である．またベローズには成形加工と圧密加工に因る残留応力が存在しており，それを考慮した場合と除去して考慮しない場合とで結果を比較したところ，残留応力を除去した方が内圧強度は高くなる結果となった．円周応力の他に，円周ひずみと，圧密化以外の形状変化の影響についても調査した．円周ひずみはいずれのピッチでも外径側から内径側に行くほど大きくなり，ピッチが小さい程剛性が高くなる結果となった．またピッチを変えずに外径，内径，山高を変化させた場合の円周応力を比較したところ，ベローズの山高が大きい，また径が小さいと内圧強度が大きくなる結果が得られた．以上より内圧変形強度とベローズ形状の関係について検証することができた． | |||||||||||||
| 言語 | ja | |||||||||||||
| 抄録 | ||||||||||||||
| 内容記述タイプ | Abstract | |||||||||||||
| 内容記述 | This study is concerned with the development of flexible hoses for hydrogen gas dispensers used in hydrogen stations for fuel cell vehicles (FCV). In this paper the relationship between internal pressure strength of flexible metal tubes and their convolution shapes is investigated by internal pressure rupture test and numerical simulation. Two kinds of stainless steels with high Ni equivalent are used for bellows. Properties of high Ni equivalent in those stainless steels mean to suppress hydrogen embrittlement. First, tensile tests of the tubular specimens of those materials are carried out at temperatures ranging from 233 K to 343 K to investigate static deformation strength characteristics. As a result, the tensile strength and the breaking strain tended to increase as the temperature decreased. Second, we carried out an internal pressure rupture experiment of a U-shaped bellows made of HRX19 with high tensile strength and a bellows compressed in the axial direction. As a result, the greater the degree of compression was, the greater the internal rupture pressure was. The rupture occurred in the axial direction of the bellows, the stress in the circumferential direction was dominant. Third, we investigated the relationship between the internal pressure strength of the bellows and shape of the bellows by numerical simulation. We carried out a simulation of applying internal pressure to the U-shaped bellows and compression bellows models. In this simulation, the true stress of the tensile strength obtained in the tensile test was assumed to be the fracture standard. Comparing the internal pressure when the circumferential stress reaches the fracture standard between the U-shaped bellows and the compressed bellows, the results show that the internal pressure increases as the bellows are compressed. This is consistent with the tendency verified in the internal pressure rupture test. Comparing the results with and without consideration of the residual stress due to bellows molding and consolidation, the internal pressure strength was higher without consideration. In addition to the circumferential stress, we also investigated the circumferential strain. The circumferential strain increased toward a root of the bellows, and the rigidity increased as it was compressed. In addition, in order to investigate the effects of shape changes other than pitch, simulations were carried out using models with different outer diameter, inner diameter, and height. From these, we were able to verify the relationship between the internal pressure strength and the bellows shape. | |||||||||||||
| 言語 | en | |||||||||||||
| 学位授与機関 | ||||||||||||||
| 学位授与機関識別子Scheme | kakenhi | |||||||||||||
| 学位授与機関識別子 | 10103 | |||||||||||||
| 学位授与機関名 | 室蘭工業大学 | |||||||||||||
| 言語 | ja | |||||||||||||
| 学位授与機関名 | Muroran Institute of Technology | |||||||||||||
| 言語 | en | |||||||||||||
| 学位名 | ||||||||||||||
| 学位名 | 博士（工学） | |||||||||||||
| 言語 | ja | |||||||||||||
| 学位の種別 | ||||||||||||||
| 言語 | ja | |||||||||||||
| 値 | 課程博士 | |||||||||||||
| 学位授与番号 | ||||||||||||||
| 学位授与番号 | 甲第504号 | |||||||||||||
| 報告番号 | ||||||||||||||
| 言語 | ja | |||||||||||||
| 値 | 甲第504号 | |||||||||||||
| 学位記番号 | ||||||||||||||
| 言語 | ja | |||||||||||||
| 値 | 博甲第504号 | |||||||||||||
| 研究科・専攻 | ||||||||||||||
| 言語 | ja | |||||||||||||
| 値 | 工学専攻 | |||||||||||||
| 学位授与年月日 | ||||||||||||||
| 学位授与年月日 | 2022-09-26 | |||||||||||||
| 日本十進分類法 | ||||||||||||||
| 主題Scheme | NDC | |||||||||||||
| 主題 | 530 | |||||||||||||
| 著者版フラグ | ||||||||||||||
| 出版タイプ | VoR | |||||||||||||
| 出版タイプResource | http://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85 | |||||||||||||
| フォーマット | ||||||||||||||
| 内容記述タイプ | Other | |||||||||||||
| 内容記述 | application/pdf | |||||||||||||
