転位動力学に基づいて導出した繰返し変形構成式による多軸応力下の疲労解析

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11450046
• Research Institution: Yamaguchi University
• Principal Investigator: 幡中 憲治 山口大学, 工学部, 教授 (60026193)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大介 泰弘 (株)超高温材料研究所, 研究員 ; 小川 寿 宇部工業高等専門学校, 機械工学科, 助教授 (10043887) ; 大木 順司 山口大学, 工学部, 助手 (80223965)
• Keywords: 多軸応力 / 繰返し変形構成式 / 切欠き / 疲労き裂 / き裂開閉口挙動

Research Abstract

本研究では、著者らが先に提案した転位動力学に基づく繰返し変形構成式を弾塑性有限要素法に組み込むことにより、実用上極めて重要な多軸応力下の疲労き裂に関する次の問題;(1)切欠き部における弾塑性疲労き裂の発生を支配する力学的因子、(2)環状切欠部に生じた三次元表面弾塑性き裂の開閉口挙動およびJ積分値の算出法、(3)モードI・IIの混合モード荷重下の二次元貫通き裂先端近傍の繰返し応力-ひずみ応答、き裂開閉口とき裂成長を支配する破壊力学的パラメータの算出法、(4)(2)および(3)の弾塑性疲労き裂進展速度の評価法、を解明することを試みた。本年度得られた結果を以下に要約する。
(1)モードIおよびモードIIの混合荷重負荷を実現できる半月状治具を設計製作し、これを閉ループ型電気油圧式疲労試験機に装着した。これにより、二軸疲労試験を可能にした。
(2)予き裂を導入した試験片を用いて(1)で述べた二軸疲労試験を実施した。そしてモードI、モードIIおよびこれらの混合モード下の疲労き裂先端近傍の繰返し塑性ひずみおよびき裂先端開閉口挙動を座標格子法および走査型レーザー顕微鏡を用いて計測した。さらに、先述した繰返し変形構成式を用いた弾塑性有限要素法により、上記荷重条件下のき裂先端近傍の繰返し応力-ひずみ応答およびき裂先端開閉口挙動を算出し、計測結果と比較検討した。
(3)(2)に引き続き、モードI、モードIIおよびこれらの混合モード荷重下の疲労き裂進展速度を実験的に求めるとともにき裂進展経路を調べた。そして(2)で得たき裂先端近傍における力学量を参照して、これらのモード下の弾塑性き裂進展速度を支配する破壊力学的パラメータを導出した。