2016 Fiscal Year Research-status Report
非比例多軸変動負荷における疲労強度特性の実験的解明および強度評価手法の開発
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15K05698
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
伊藤 隆基 立命館大学, 理工学部, 教授 (40242581)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂根 政男 立命館大学, 理工学部, 教授 (20111130)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 金属疲労 / 多軸負荷 / 疲労損傷 / 寿命評価 / 解析ソフト |
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| Outline of Annual Research Achievements |
航空機や高速鉄道車両、高温構造機器などの実機を構成する部材では、繰返し荷重の応力・ひずみの主軸が多方向に複雑に変動する多軸負荷（非比例多軸負荷）を受けることが多い。しかしこのような繰返し負荷に関して、その多軸応力・ひずみ状態や多軸負荷損傷を考慮した強度評価手法の開発はまだ発展途上にある。本研究の目標は、研究代表者らの非比例多軸負荷におけるこれまでの一連の疲労強度研究の成果を基に、構造機器・部材の疲労に関する実設計・開発および維持管理の現場への応用を具体化するための多軸疲労強度評価手法を構築することにある。具体的には、蓄積された多軸疲労強度データおよび研究代表者らが提示している応力・ひずみの評価手法（IS法）および解析ツールを最大限活用し、複雑な非比例の繰返し変動負荷にも対応できる多軸疲労損傷評価モデルを開発することを目指している。
平成28年度では、改良型多軸疲労強度設計解析ツールの開発（改良解析ツール）を行った。すなわち、改良型解析ツールで、応力・ひずみの時刻歴のデータおよび実験から得られる寿命データ（非比例多軸負荷による損傷増加の材料依存性を示すパラメータが追加）を入力すると、計算部分はブラックボックスでも最終的に、応力・ひずみの状態（応力・ひずみの大きさと主軸方向の変化）、非比例度、応力・ひずみ範囲、同平均値、さらに予測寿命が出力される。したがって、非比例多軸負荷での疲労に関する専門知識がない技術者でも機械的、且つ手軽に解析ツールを扱うことができる点において汎用性が高く、優位性がある解析ツールであるといえる。さらに、非比例多軸繰返し負荷でのサイクル計数法や累積損傷評価法（最大累積損傷面の決定方法を含む）の組込みを行い、改良型評価ツールを強化した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成27年度の(1) 研究調査，データ収集（国内外研究ネットワークを利用した、多軸疲労強度データの入手と既存の損傷評価モデルの再検証およびモデルとツールの開発にフィードバックできる情報活用、(2) 多軸疲労試験の実施（非比例多軸の変動負荷における疲労損傷に及ぼす材料依存性および負荷経路依存性を明らかにするために疲労試験の実施、ならびに、得られた試験結果および(1)で得た情報を評価分析しそれを反映したIS法の強化）、(3) 多軸疲労強度評価モデルの開発（(1)および(2)により非比例多軸の変動負荷にも対応したIS法に基づいた損傷モデルの開発）、さらに、平成28年度実施の(4) 改良型多軸疲労強度設計解析ツールの開発（改良解析ツール開発）は、計画通りほぼ順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
損傷モデルおよび改良解析ツールは、負荷経路および多軸負荷場の厳しさを可視化するための工夫や、入力メニュー画面の改良、ヘルプ画面などの機能を追加するなど、さらになる汎用性の向上を図る必要がり、その各種問題解決を計る。
なお、研究が当初計画どおりに進まない主なケースとして、追加の多軸疲労試験の遅れが想定されるが、モデルとツールの開発に対してその基盤には大きな影響はないので、研究計画への大きな遅延にはつながらないと判断している。
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