実働荷重下における疲労き裂伝播寿命推定法に関する研究

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06555302
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 豊貞 雅宏 九州大学, 工学部, 教授 (30188817)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石川 邦照 日本鋼管(株)エンジニアリング研究所, 構造研究室室長 ; 丹羽 敏男 九州大学, 工学部, 助手 (10208267) ; 山口 喜久次 九州大学, 工学部, 助手 (70037943) ; 後藤 浩二 九州大学, 工学部, 講師 (60274487)
• Keywords: き裂開閉口 / 二段二重ブロック荷重 / 過小荷重による疲労き裂の加速現象 / シミュレーションモデル / 表面き裂の合体成長 / 等価分布応力

Research Abstract

船舶がフルロード状態とバラスト状態を交互に繰返して航行していることを考え、その最も単純な荷重パターンとして、平均応力が異なる二段二重ブロック荷重を与えた疲労き裂伝播試験を実施した。二段目の平均応力が低くなると、始めは伝播寿命は遅くなるが、さらに平均応力が低くなると、逆に伝播寿命は早くなる結果が得られた。これはある程度二段目の平均応力が低くなると、このブロック下では伝播しなくなるが、最小荷重が低くなると、最小荷重時にwake zoneの引張残留変形層が小さくなり、次のブロック荷重の初期にき裂が開口しやすくなるためであることが、シミュレーション結果より明らかとなった。また開発したシミュレーションプログラムは試験片レベルのものであるが、構造物におけるき裂長さとK値の関係が、試験片で同じとなる等価分布応力を定義し、その等価分布応力下でのシミュレーションでRPG荷重が推定できることが判明し、実構造物中の貫通き裂に対しても適用できることが明らかとなった。
一方応力集中場から発生する疲労き裂は、多点から表面き裂状に伝播し、成長とともに合体を繰返し最終的には一つの表面き裂となる。この合体成長過程を個々のき裂に対してシミュレーションすることはかなり難しい。そこで最も深いき裂における最深部のK値(近接する表面き裂の干渉効果によるK値の上昇も考慮した)と同じとなる仮想的な表面き裂(深さは同じ)のアスペクト比変化を実験的に調査し、そのアスペクト比はき裂深さに関して線形的に変化することが判明し、この仮想的なき裂のアスペクト比変化の実験式を得た。この結果と昨年度実施した表面き裂の二次元化の結果を、上記シミュレーションプログラムに導入することにより、表面き裂の疲労き裂伝播寿命のシミュレーションが出来るようになると考えられるので、現在そのプログラムの開発を行っている。

Research Products

• [Publications] 豊貞雅宏 丹羽敏男: "残留応力場における疲労き裂伝播挙動" 日本造船学会論文集. 178. 505-511 (1995)
• [Publications] 豊貞雅宏・丹羽敏男・後藤浩二・江藤健一 他: "二次元化による表面き裂のK値近似解法" 日本造船学会論文集. 178. 535-543 (1995)
• [Publications] 豊貞雅宏・山口喜久次・武田謙二郎・竹下直宏: "切欠底に生じる疲労表面き裂のアスペクト比変化についての実験的検討" 西部造船会会報. 91. 169-176 (1996)