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脆性破壊の伝播・停止現象の力学モデル確立と長大亀裂問題の解明

研究課題

研究課題/領域番号 15H05561
研究種目

若手研究(A)

配分区分補助金
研究分野 船舶海洋工学
研究機関東京大学

研究代表者

柴沼 一樹  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (30611826)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
16,900千円 (直接経費: 13,000千円、間接経費: 3,900千円)
2017年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2016年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2015年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
キーワード脆性破壊 / 亀裂伝播 / アレスト / 長大亀裂問題 / 脆性亀裂伝播 / アレスト靭性 / 破壊のクライテリオン / アレスト設計 / 破壊力学 / 高速亀裂伝播 / 破壊応力 / 構造力学 / 船舶海洋工学
研究成果の概要

本研究では,まず,(1)鋼板における脆性破壊の伝播・停止挙動の支配因子と考えられる,局所限界破壊応力およびサイドリガメントの亀裂閉口効果を考慮した破壊力学モデル開発を行い,(2)開発したモデルを用いて複数の大型破壊試験で得られた実験の再現し,両者の結果を比較することで開発モデルの妥当性検証を実施した.さらに,(3)開発したモデルを用いて系統的な計算を実行することで,実構造物のアレスト設計に必要な材料特性値の推定を行った.最後に,(4)本研究で開発したモデルの最も重要な破壊のクライテリオンである局所限界破壊応力説について,実験と有限要素解析を用いた妥当性検証を行った.

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で得られた成果は,40年以上未解決である長大亀裂問題を解明しただけでなく,構造基盤材料の「アレスト靱性」に本質的意味を与える挑戦的な試みであった.また,本研究の成果は,海上輸送構造物の安全性確保に直接的に貢献する基盤技術でもある.したがって本研究の成果は学術的・社会的価値を両立した工学研究であるといえる.

報告書

(4件)
  • 2018 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2018 2017 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 謝辞記載あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 5件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Brittle crack propagation/arrest behavior in steel plate - Part III: Discussions on arrest design2018

    • 著者名/発表者名
      K. Shibanuma, F. Yanagimoto, K. Suzuki, S. Aihara
    • 雑誌名

      Engineering Fracture Mechanics

      巻: 190 ページ: 104-119

    • DOI

      10.1016/j.engfracmech.2017.12.004

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Local stress in the vicinity of the propagating cleavage crack tip in ferritic steel2018

    • 著者名/発表者名
      F. Yanagimoto, K. Shibanuma, K. Suzuki, T. Matsumoto, S. Aihara
    • 雑誌名

      Materials & Design

      巻: 144 ページ: 361-373

    • DOI

      10.1016/j.matdes.2018.02.037

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Brittle crack propagation/arrest behavior in steel plate - Part I: Model formulation2016

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Shibanuma, Fuminori Yanagimoto,Tetsuya Namegawa, Katsuyuki Suzuki, Shuji Aihara
    • 雑誌名

      Engineering Fracture Mechanics

      巻: 162 ページ: 324-340

    • DOI

      10.1016/j.engfracmech.2016.02.054

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Brittle crack propagation/arrest behavior in steel plate - Part II: Experiments and model validation2016

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Shibanuma, Fuminori Yanagimoto,Tetsuya Namegawa, Katsuyuki Suzuki, Shuji Aihara
    • 雑誌名

      Engineering Fracture Mechanics

      巻: 162 ページ: 341-360

    • DOI

      10.1016/j.engfracmech.2016.02.053

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 有限要素法による高速亀裂伝播の再現解析に関する基礎的検討2015

    • 著者名/発表者名
      柳本史教, 柴沼一樹, 鈴木克幸
    • 雑誌名

      土木学会論文集A2(応用力学)

      巻: 71 号: 2 ページ: I_29-I_38

    • DOI

      10.2208/jscejam.71.I_29

    • NAID

      130005128816

    • ISSN
      2185-4661
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] フェライト・パーライト鋼の劈開亀裂伝播における局所破壊応力の実験的評価2018

    • 著者名/発表者名
      柳本史教, 柴沼一樹, 鈴木克幸, 粟飯原周二
    • 学会等名
      日本鉄鋼協会 春季講演大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Measurement of local fracture stress for cleavage crack propagation in steel2017

    • 著者名/発表者名
      F. Yanagimoto, K. Shibanuma, K. Suzuki, S. Aihara
    • 学会等名
      ICF14 (14th International Conference on Fracture)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 有限要素法による高速伝播亀裂の局所応力評価2017

    • 著者名/発表者名
      柳本史教, 柴沼一樹, 白井結哉, 西岡陽, 鈴木克幸
    • 学会等名
      日本船舶海洋工学会 秋季講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] A new model to simulate crack arrest behavior in steel plates used for naval structures2016

    • 著者名/発表者名
      Fuminori Yanagimoto, Kazuki Shibanuma, Katsuyuki Suzuki, Shuji Aihara
    • 学会等名
      Techno-Ocean 2016
    • 発表場所
      Kobe
    • 年月日
      2016-10-06
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Node release technic to evaluate local fracture stress in fast crack propagation2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Nishioka*, K. Shibanuma, K. Suzuki
    • 学会等名
      The 21st European Conference on Fracture
    • 発表場所
      Catania, Italy
    • 年月日
      2016-06-20
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Modeling of brittle crack propagation/arrest behavior in steel plate2016

    • 著者名/発表者名
      K. Shibanuma*, F. Yanagimoto, T. Namegawa, K. Suzuki, S. Aihara
    • 学会等名
      The 21st European Conference on Fracture
    • 発表場所
      Catania, Italy
    • 年月日
      2016-06-20
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Measurement of local brittle fracture stress for dynamic crack propagation in steel2016

    • 著者名/発表者名
      F. Yanagimoto*, K. Shibanuma, T. Kawabata, K. Suzuki, S. Aihara
    • 学会等名
      The 21st European Conference on Fracture
    • 発表場所
      Catania, Italy
    • 年月日
      2016-06-20
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] モデル計算による極厚鋼板における脆性亀裂伝播制御の評価に関する検討2015

    • 著者名/発表者名
      柳本史教*, 柴沼一樹, 鈴木克幸, 粟飯原周二
    • 学会等名
      日本船舶海洋工学会 秋季講演会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2015-11-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Estimation formula of required arrest toughness for heavy-section steel plates by parametric model calculation2015

    • 著者名/発表者名
      F. Yanagimoto*, K. Shibanuma, K. Suzuki, S. Aihara
    • 学会等名
      日本船舶海洋工学会 秋季講演会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2015-11-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 有限要素法による高速亀裂伝播の再現解析に関する基礎的検討2015

    • 著者名/発表者名
      柳本史教*, 柴沼一樹, 鈴木克幸
    • 学会等名
      土木学会 第18回応用力学シンポジウム
    • 発表場所
      金沢
    • 年月日
      2015-05-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [備考] Designing for crack arrest

    • URL

      http://imechanica.org/node/20605

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

URL: 

公開日: 2015-04-16   更新日: 2020-03-30  

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