2013 Fiscal Year Research-status Report
欠陥を起点とする延性亀裂の進展と脆性破壊への転化の予測－接合部の品質管理基準
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25420600
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Sojo University |
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Principal Investigator |
東 康二 崇城大学, 工学部, 教授 (80320414)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岩下 勉 有明工業高等専門学校, 建築学科, 准教授 (10332090)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 脆性破壊 / 延性亀裂 / 溶接欠陥 / 塑性拘束 / 表面欠陥 / 破壊靱性 / 有限要素解析 / 破壊評価 |
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| Research Abstract |
本研究の最終目的は，溶接接合部における脆性破壊を予測するための欠陥の評価基準の策定である．
これまでの研究で，柱梁接合部を単純化した試験体を用いて欠陥から進展した延性亀裂を起因とする脆性破壊の再現実験を行うと共に，有限要素解析により亀裂先端の破壊駆動力と高応力領域の主応力分布から塑性拘束を考慮するToughness Scaling Model（TSM）手法の有効性を検討した結果，塑性拘束が比較的高い場合は破壊を的確に予測できることが示されたが，TSMの応用のみでは塑性拘束を考慮できず評価にばらつきが出る場合があることも示唆された．
そこで，TSM手法の有効範囲を確定するために亀裂寸法をパラメータとした手法の検討を行った．破壊点の予測について，予測値は概ね実験結果を捉えていたが，前述の同様，欠陥先端形状によっては安全側過ぎる評価を与える結果が得られ，ブローホール等の亀裂先端形状が鈍化した欠陥に対しては 適用範囲を超えることが確実となった．現場で用いられる超音波探傷等による欠陥検出法では亀裂先端形状の把握は不可能であることから，今後，新たなパラメータによる破壊評価が必要であると考えられる．また，欠陥から進展する延性亀裂の進展量とFE解析から求めた塑性拘束の度合いと関係が一義的なものであることが確認できた．なお，本研究成果の一部は，Prediction of Brittle racture from Defects at Weld Terminations of CJP Groove Welded Jointsと題して国際溶接学会にて公表した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
脆性破壊の評価手法の検討に関わる試験体を7体製作し，その内，開先面に銅版を貼付し溶け込み不良となる人工欠陥を挿入した3体について，繰り返し載荷実験を行った．本実験前に引張試験により使用鋼材の機械的性質を確認し，溶接部を含むシャルピー衝撃試験により実験温度を-20℃に確定した．本実験と同時に有限要素解析にて実験の試験体挙動(荷重－変形関係）を再現し，亀裂先端の応力状態・ひずみ状態を確認した．さらに，亀裂先端の破壊駆動力および塑性拘束の度合いを検討し，過去の試験体で確認された結果と整合性がとれることを確認した．
ただし，25年度計画に挙げた，J値とWeibull応力の関係を有限要素解析で求め限界Weibull応力に達したときのJ値としてJcを求めることについては，SENB試験片が必要数準備できなかったために正確な材料の形状パラメータを求めることができず，次年度に移行し，その代わり，亀裂先端を鈍化させたSENB試験を追加して，同じく限界Weibull応力を求めることとする．
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| Strategy for Future Research Activity |
Toughness Scaling Modelの手法では，溶接始終端部に存在する溶接欠陥のうち，ダイアフラム側の溶接止端部、開先面上の貫通および等辺三角形形状の欠陥に対し的確に予測できることが明らかとなったが，溶接始終端部の欠陥形状は多種多様であり，そのすべてに対応できるものではないことも明らかとなった．上記の通り，評価手法をより一般化するためにはWeibullパラメータの検討が必要不可欠である．
破壊靱性試験により材料の形状パラメータを確定し，求めた限界Weibull応力を用いて破壊評価の精度を検討する．さらに様々な位置・任意の形状の表面欠陥に対しては，まだ未解明の部分が多いことから，今後，それらの既知の欠陥位置・寸法と延性亀裂進展状況について検討することで，より精度の高い評価が可能となり，大地震時の脆性破壊防止ガイドラインの作成へと道が開けると確信する．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
25年度予算は，本試験体および材料試験片製作と汎用有限要素プログラムのライセンス料を計上していた．汎用有限要素プログラムのライセンス料は計上した通りであったが，経済状況の変化により，本試験体および引張試験片製作コストが前年度の見積もりを上回ったため，SENB試験片を必要本数製作する額に不足することになり，その分を次年度に繰り越すこととなった．
上記，次年度使用額と26年度予算とを組み合わせて，SENB試験片の必要本数の製作を行う．
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Research Products
(2 results)
