鋼橋の進行性破壊が生じる超大歪領域での鋼材の新しい材料構成則の開発

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K14817
• Research Institution: Gifu National College of Technology
• Principal Investigator: 水野 剛規 岐阜工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (90585093)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 大ひずみ領域 / 材料構成則 / 延性き裂 / 相当塑性ひずみ

Outline of Annual Research Achievements

延性き裂発生の予測のためには，き裂発生時にひずみ集中部に生じる非常に大きな塑性ひずみの履歴や応力場をFE解析により正確に解析する必要がある．大ひずみ領域までのひずみ応答を適切に表現できる繰り返しを含む材料構成則の開発を目的として，繰り返し材料挙動を高精度に表現できる材料構成則として開発された3曲面モデルを用いて，局部座屈によりき裂発生時に基部に大きな相当塑性ひずみが生じるCFT柱を対象に検討を進めた．繰り返し載荷により座屈頂部付近にき裂が発生したCFT柱の実験結果に対して，3曲面モデルを導入した数値解析モデルにより検討を実施した．具体的には，き裂に至るまでのデジタル画像相関法による柱基部のひずみや変位の計測結果を用いて，相当塑性ひずみが150%～200％の大ひずみ領域における3曲面モデルの挙動特性の確認，パラメータキャリブレーション，構成則の改良などを進めた．通常用いられる構成則では，1軸の引張挙動において，最大荷重点での真応力に漸近するように相当応力－相当塑性ひずみ関係を仮定している場合や最大荷重点の真応力に到達後一定値を保持すると仮定している場合が多い．そのため，構成則の改良では，これまであまり検討されていない最大荷重点以降の1軸における応力－ひずみ関係を検討するとともに，大ひずみ領域における繰り返し挙動特性について，CFT柱や材料試験片の試験結果を反映できるように，構成則の修正ならびに繰り返しパラメータの設定の検討を実施した．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

繰り返し材料挙動を高精度に表現できる材料構成則として開発された3曲面モデルに対して，相当塑性ひずみが150%～200％の大ひずみ領域における3曲面モデルの挙動特性の確認，パラメータキャリブレーション，構成則の改良を進めた．ここではCFT柱の柱基部にき裂に至るまでのデジタル画像相関法で計測した柱基部のひずみや変位の試験結果を用いて構成則の検討を実施した．構成則の改良では，最大荷重点以降の1軸における応力－ひずみ関係，大ひずみ領域における繰り返し挙動特性について検討した．また，延性き裂を発生させる実験として材料試験片の両振りの繰り返し曲げ試験が可能となる載荷装置を製作した．材料試験片による繰り返し曲げ試験により，デジタル画像相関法によるひずみ計測と併せて，相当塑性ひずみ150%～200%の大ひずみ領域における鋼材のひずみ応答を確認するためのデータ取得が可能となった．

Strategy for Future Research Activity

繰り返しによりき裂に至るまでの相当塑性ひずみが150%～200％の大ひずみ領域におけるデジタル画像相関法により計測したひずみや変位の計測結果を用いて，材料構成則として用いる3曲面モデルの繰り返し挙動特性の検証，パラメータキャリブレーション，構成則の改良などをCFT柱の実験結果をもとに進める．さらに，材料試験片の両振りの繰り返し曲げ試験を併せて実施し，デジタル画像相関法により大ひずみ領域におけるひずみ振幅を計測し，改良した材料構成則の修正やパラメータキャリブレーションを実施する．

Causes of Carryover

次年度使用額が生じた理由として，大ひずみ領域における材料構成則として用いる3曲面モデルの繰り返し挙動特性の改良を中心とした検討を先に進めたためである．繰り越し分は，追加の材料試験片や解析ソフトのライセンス使用料等に充てる予定である．