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

1996 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 / ランダム荷重 / ΔK_<RP> / 疲労被害領域寸法 / 固有応力 / 結合力モデル

Research Abstract

負荷過程中に引張塑性域が形成され、それが成長する荷重範囲に対応する応力拡大係数範囲ΔK_<RP>による疲労き裂伝播則を微視・微小き裂へ拡大するための一歩として、ΔK_<RP>の物理的意味をすでに提案したDugdaleモデルを基礎としたき裂開閉口シミュレーションモデルを使用して考察した。その結果ΔK_<RP>は、塑性仕事がなされ疲労被害が蓄積される領域寸法、具体的には最大荷重時におけるき裂前方の引張塑性域寸法と最小荷重時におけるき裂前方の圧縮塑性域寸法のうちの小さい方の寸法ω^-を規定していることが判明し、微視・微小き裂への拡張に対する糸口が導かれた。
さらに、船体が時系列で受ける荷重を模擬したランダム波を受ける場合のω^-を上記シミュレーションで求め、推定したき裂成長曲線は、実験結果と定量的に良く一致することを確認した。しかし、非常に大きな過大荷重を与えた場合、実験ではき裂成長は遅延はするが、停留しなかったものが、シミュレーションでは完全にき裂の停留が生じるという推定となる場合があることが判明した。
このシミュレーションの基礎となっているDugdaleモデルは、単なる弾性問題の重ね合わせ(ただし作用応力は降伏点以上にならないとしているが)より構成されており、塑性問題を取り扱ったものでない。そこで、固有ひずみ/応力がき裂垂直方向では一様であるとした新しい結合力モデルを構築した。その結果、き裂開口変位がDugdaleモデルによるものよりも妥当であることが判明した。ただし、それに基づくき裂開閉口のシミュレーションについては時間の関係で終結しておらず、今後の課題として残った。

Research Products

• [Publications] 豊貞 雅宏 他3名: "ΔK_<RP>の物理的意味と構造物の疲労寿命推定法" 日本造船学会論文集. 第180号. 539-547 (1996)
• [Publications] 豊貞 雅宏 他2名: "Physical meaning of ΔK_<RP> and fatigue crack propagation in the residual stress distribution fild" International Journal of Fatigue. (掲載決定).