2015 Fiscal Year Annual Research Report
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26289332
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
堤 成一郎 大阪大学, 接合科学研究所, 准教授 (70344702)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 疲労 / 寿命 / き裂 / 継手 / 溶接 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
繰返し応力を受ける溶接構造物の疲労き裂発生とその後の伝播寿命は，作用する応力（振幅・平均応力・多軸状態）や荷重履歴（変動・過大負荷）に加えて，採用する溶接プロセスによっても変化する溶接残留応力やビード形状，さらには母材と溶接金属の希釈や急熱・急冷によって変化し局所的に分布する材料組織など，多くの力学および組織学的因子の影響を受ける．また溶接構造物の疲労寿命の高精度予測や疲労損傷部材の余寿命評価技術の確立対する要求は高い．そこで，疲労寿命に対する各種影響の解明を目的として，多くの実験的検討が行われているが，疲労き裂発生起点となる局所領域の残留応力分布や材料特性の取得は困難であり，また実働荷重は多岐に渡るため，一般に一定荷重振幅下で得られたS-N曲線に基づく疲労設計が主体となっている．
また一般に，材料レベルでは降伏応力の上昇に比例して200万回疲労強度も上昇することが確認されている．しかし，高強度鋼を用いた溶接継手の疲労特性はバラつきが大きく，母材強度の向上にもかかわらず，継手の疲労強度は通常材と同等になることが報告されている．この原因としては，高強度材を用いたい場合，通常材と比べて止端部の応力集中が大きくなる傾向にあること，また残留応力が高くなることなどが考えられるが，明確な原因は不明と報告されている．
そこで本研究では，低サイクル疲労に限定されること無く，巨視的弾性の応力状態となる高サイクル疲労条件下にも適用可能な高精度・繰返し弾塑性モデルの開発とそれを導入した高精度数値シミュレーション技術の開発を行った．本技術のプロトタイプシステムにより，各種材料の繰返し変形・応力に起因する諸問題、疲労寿命に対する溶接止端部形状・溶接残留応力分布・過大荷重の影響などに関して明らかにした．
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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
本研究では，低サイクル疲労に限定されること無く，巨視的弾性の応力状態となる高サイクル疲労条件下にも適用可能な高精度・繰返し弾塑性モデルの開発とそれを導入した高精度数値シミュレーション技術の開発を行っているが，本技術のプロトタイプシステムが完成した。また本システムを用いて，各種材料の繰返し変形・応力に起因する諸問題、疲労寿命に対する溶接止端部形状・溶接残留応力分布・過大荷重の影響などに関して明らかにした．
また一般に，材料レベルでは降伏応力の上昇に比例して200万回疲労強度も上昇することが確認されている．しかし，高強度鋼を用いた溶接継手の疲労特性はバラつきが大きく，母材強度の向上にもかかわらず，継手の疲労強度は通常材と同等になることが報告されている．この原因としては，高強度材を用いたい場合，通常材と比べて止端部の応力集中が大きくなる傾向にあること，また残留応力が高くなることなどが考えられるが，明確な原因は不明と報告されていたが，そのメカニズムの解明の糸口を掴むことができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに著者らが開発を進めている弾塑性モデルおよび疲労寿命推定システムは，低サイクル疲労に限定されること無く，巨視的弾性の応力状態となる高サイクル疲労条件下の変形挙動および寿命評価へ適用し得るように拡張されており，今後様々な具体的境界値問題への適用を通じて，モデルのさらなる高精度化を図るとともに，計測が困難な局所領域の応答や実験コストの問題に悩まされる大型構造物の応答など，具体的境界値問題の理解の助けとなることが期待される．具体的には，局所的な現象に限らず，繰返し載荷を伴う座屈問題，非比例負荷条件下の弾塑性挙動，極低サイクル延性破壊問題 への対応など，進めていく予定である．
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