2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of fracture mechanics model for innovative structural-material crack arrest design
| Project/Area Number |
17H01354
|
|---|
| Research Institution | The University of Tokyo |
|---|
Principal Investigator |
粟飯原 周二 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 名誉教授 (10373599)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 克幸 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (10235939)
柴沼 一樹 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (30611826)
川畑 友弥 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (50746815)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
|
| Keywords | 破壊力学 / 脆性破壊 / 信頼性設計 / 有限要素法 / き裂伝播 / 鉄鋼材料 / 微視力学 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
脆性破壊の伝播・停止現象を対象として，マイクロスケールおよびミクロスケールの両面からそのメカニズムを解明し，鋼板の合理的なアレスト設計基準の構築に資するための理論的基盤を確立することを目的として研究を実施した．
有限要素法による系統的な解析により，高速伝播する亀裂の局所応力に与える諸因子の影響を検証し，さらにその結果に基づき局所限界破壊応力評価を基礎とした高精度亀裂・伝播・停止モデルの開発を行い，大型試験結果との比較を行った．その結果，提案したモデルによる予測結果は比較対象の実験結果とこれまでにない高精度で良好な一致を示し，その妥当性が確認された．したがって，本研究の成果によりマイクロスケールの脆性亀裂伝播・停止減少に関するモデルの基盤を確立することができた．
拡張有限要素法を用いた結晶粒スケール劈開亀裂伝播モデルの開発を行った．また，破面上の劈開面法線方向に関する確率密度分布を用いることで，開発モデルの妥当性検証を実施した．その結果，モデルによる計算結果と，実験で得られた破面の断面に対し，EBSD解析を実施することで得られた実測結果は，非常に良好な一致を示し，開発モデルの妥当性が示された．さらに，局所限界破壊応力理論に基づく小型試験結果の解析および開発モデルによるエネルギー散逸の評価により，材料を特徴づける最も基本的な因子である結晶粒径が劈開亀裂伝播抵抗に与える影響を評価した．その結果，すべての検討において結晶粒径の大きい鋼ほど劈開亀裂伝播抵抗が大きいという研究開始当初は想定していなかった結果が得られた．本成果は，劈開亀裂伝播に対する材料開発の基礎として新たな知見を与えるものであり，材料設計に寄与することが期待される．
|
| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
|
