静機械的特性に基づく繰返し応力ーひずみ曲線の導出とそれによる耐疲労設計手法の開発

1988 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 62460079
• Research Institution: Yamaguchi University
• Principal Investigator: 幡中 憲治 山口大学, 工学部, 教授 (60026193)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小川 壽 宇部工業高等専門学校, 助手 (10043887) ; 藤満 達朗 山口大学, 工学部, 助手 (70035062)
• Keywords: 繰返し応力ーひずみ曲線 / 切欠き、弾・塑性有限要素解析 / 繰返しJ積分幅 / ひずみ拡大係数幅 / 疲労き裂進展速度、疲労寿命予測

Research Abstract

機械構造材の繰返し応力ーひずみ曲線は疲労き裂発生寿命を予測する手法を確立するために必要とされるのみならず、弾・塑性疲労き裂進展速度の破壊力学的解析に際して必要欠くべからざるものである。昭和63年度では繰返し応力ーひずみ曲線を基礎データとして環状切欠き材の疲労き裂発生寿命とき裂伝ば寿命を予測する手法を検討し、主として次に示す知見を得た。
(1)切欠き部に生じる応力ーひずみ関係を有限要素法を用いて弾・塑性解析し、荷重軸方向の応力ーひずみ関係および相当応力ーひずみ関係を算出した。加えて、切欠き部横断面内に生じるこれらの分布を求めた。
(2)(1)で求めた切欠き部の応力ーひずみ関係を用いて切欠き底に生じた微小表面き裂に関する繰返しJ積分幅、ΔJおよびひずみ拡大係数幅、ΔKεを算出した。これらを用いて、表面き裂の進展速度、da/dNを整理した結果、da/dN-ΔJ、およびda/dN-ΔKε関係は両対数グラフ上で直線表示され、さらに、これらの直線は、平滑材に生じた微小表面き裂に関するそれらとほぼ一致することを明らかにした。
(3)切欠き底に発生した微小疲労き裂は成長する過程で環状き裂を形成する場合と、これを形成せず、半楕円形き裂の状態で成長し試験片を最終破断に導く場合があることが判明した。き裂の成長形態がこれら2つのうちのどちらになるかは切欠きの鋭さと負荷する応力の大きさに依存する。切欠き横断面上の応力・ひずみの勾配を考慮して半楕円表面き裂に関するΔJを算出することにより、き裂が半楕円形から環状形に遷移する力学的条件を予測できることが明らかになった。
(4)(1)〜(3)の結果を用いて環状切欠き材のき裂進展寿命を予測した結果は実験結果とほぼ一致した。また切欠き部の弾・塑性解析と平滑材に関するCoffin-Manson則を組み合わせることにより破断寿命を予測できる。

Research Products

• [Publications] 幡中憲治: 日本機械学会論文集,A編. 54. 875-882 (1988)
• [Publications] 幡中憲治: 日本機械学会論文集,A編. 55. 205-212 (1989)
• [Publications] Kenji Hatanaka: JSME International Journal Series I. 32. (1989)
• [Publications] 幡中憲治: 日本機械学会論文集,A編. 55. (1989)
• [Publications] 幡中憲治: 日本機械学会論文集,A編. 55. (1989)