ルート破壊に着目した溶接継手の疲労強度評価に関する研究

2013 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25420481
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 舘石 和雄 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80227107)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 疲労 / 溶接継手 / ルート破壊 / 未溶着部

Research Abstract

ルート破壊に対する評価パラメータとして，溶接未溶着部の変位に着目することを発案し，その有効性について解析と過去の実験結果との比較により考察を行った．一般にルート破壊に対する検討においては，未溶着部先端の応力が着目されるが，未溶着部先端の応力は要素依存性が強く，その値の物理的意味が不明確である．一方，未溶着部の変位は，物理的意味が明確であり，かつ，応力に比較して要素依存性が小さい．そのため，比較的粗い要素を用いた解析においても，その値をある程度の精度で求めることができるという特徴を持つ．まず，基礎的な解析的検討として，要素サイズを変えた際の応力と変位の解を整理した結果を基に，実用上の観点も加味して，1mmの要素サイズで解析を行った場合の，未溶着先端から1mm位置での開口変位に着目することとした．
過去の文献よりルート破壊を生じた荷重伝達型十字すみ肉溶接継手の疲労試験結果を整理し，これらの疲労強度を，それぞれの試験体に対して実施した解析により求めた1mm位置での開口変位で整理した．その結果，試験結果のばらつきは，これまでのように溶接のど断面で整理した場合とほぼ同じレベルに収まることが明らかとなった．
引き続き，止端仕上げを施した面外ガセット溶接継手のうち，ルート破壊が生じたものの疲労試験結果を収集，整理し，同様の検討を行った．面外ガセット継手の場合，荷重方向と未溶着部の方向が平行となるため，荷重伝達型十字継手と比較して開口変位が大幅に小さくなる．そのため，未溶着部の変位に対するルートギャップの影響が相対的に大きく，ルートギャップをどのように設定するかによって変位の値が大きくばらつく．しかしこの場合でも，現実的なルートギャップの大きさを与えることにより，荷重伝達型十字すみ肉溶接継手の場合と同様のＳ－Ｎ線が得られることが明らかとなった．

Current Status of Research Progress

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

Reason

当初計画で検討の対象としていた有効切欠き応力による疲労照査では，期待していたほどの精度が得られなかったため，新たに未溶着部の変位に着目することを発案し，それによる検討を行っている．これにより，継手形式によらない汎用的な手法が開発されることが大いに期待できる成果が得られつつあるが，細部についてはまだ検討課題が残っているため，表記のように評価した．

Strategy for Future Research Activity

今年度の成果を受け，今後の推進方策は以下の通りとする．
１）変位基準のルート破壊評価法について重点的に検討を進める．特に，ルートギャップが開口変位に与える影響について解析的に詳細な検討を加え，できるだけ早期に評価法を確立する．
２）疲労試験を実施し，ルート破壊を生じさせ，疲労強度を得る．疲労試験には振動式疲労試験器を用い，面外曲げ条件下で試験を行う．この結果と，過去に報告されているルート破壊の疲労強度に対して上記評価法を適用し，その精度の検証を行う．
３）表面の応力分布と未溶着部の変位との関係について詳細に検討し，さらに計測が容易な継手表面での応力参照点がないかを探索する．もしそれが見つかるようであれば，その精度について明らかにする．
４）ルート部の残留応力について実験的，解析的に検討する．