| 研究課題/領域番号 |
22K04424
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分23010:建築構造および材料関連
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| 研究機関 | 有明工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
岩下 勉 有明工業高等専門学校, 創造工学科, 教授 (10332090)
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| 研究分担者 |
赤星 拓哉 崇城大学, 工学部, 助教 (40848454)
東 康二 崇城大学, 工学部, 教授 (80320414)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 260千円 (直接経費: 200千円、間接経費: 60千円)
2023年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2022年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
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| キーワード | 脆性破壊 / 累積塑性変形能力 / 破壊靱性 / ワイブル応力 / シャルピー吸収エネルギー |
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| 研究開始時の研究の概要 |
地震動を受ける鋼構造溶接接合部において，溶接欠陥等の切欠きから発生する脆性破壊の予測・防止をすることは重要である．しかし，鋼材規格値であるシャルピー吸収エネルギーを用いて，脆性破壊によって決する累積塑性変形能力を推定する手法はない．本研究では，様々な破壊靱性のレベルにおけるシャルピー衝撃試験と破壊靱性試験，それに加え，有限要素解析によって，破壊靱性の指標の1つであるシャルピー吸収エネルギーと接合部の性能を示す累積塑性変形能力の関係を明らかにする．
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| 研究実績の概要 |
地震動を受ける鋼構造溶接接合部において，溶接欠陥等の切欠きから発生する脆性破壊の予測・防止をすることは重要である．しかし，鋼材規格値であるシャルピー吸収エネルギーを用いて，脆性破壊によって決する累積塑性変形能力を推定する手法はない．そのため本研究では，様々な破壊靱性のレベルにおけるシャルピー衝撃試験と破壊靱性試験，切欠きを有する鋼試験片の繰返し載荷試験，および，有限要素解析によって，破壊靱性の指標の1つであるシャルピー吸収エネルギーと接合部の性能を示す累積塑性変形能力の関係を明らかにすることを目的とする．加えて，本研究では，累積塑性変形能力を推定する上で，塑性拘束の影響を考慮することも目的の1つとなる．
2022年度は，2種類の材料（低靱性および中靱性）に対して，シャルピー衝撃試験を実施するとともに，その結果に基づいて，低温から延性破壊が生じる中高温までの温度帯で破壊靱性試験である切欠きを有する3点曲げ試験を行い，シャルピー吸収エネルギーと破壊靱性の関係の定量化を試みた．その結果，脆性破壊の発生時期にばらつきはあるものの，シャルピー吸収エネルギーから破壊靱性Jcを推定できる可能性を示唆した．加えて，得られた推定Jcからワイブル応力（脆性破壊評価のクライテリア）の推定も試み，さらにその推定ワイブル応力から切欠きを有する鋼試験片の累積塑性変形能力の推定を行った．その結果，材料の靱性が大きくなる領域において，推定精度が悪くなる課題点を確認した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
実験に関しては，2022年度の計画の通り，鋼材料の調達，試験片の製作を行ったが，想定していた破壊靱性の材料の入手，および，試験片製作が当初の計画より大きく遅れた．そのため，新しい材料についてはシャルピー衝撃試験のみしか行うことができず，塑性拘束の影響を検討するための繰返し試験については実施できなかった．
しかしながら，既存の材料を用いた破壊靱性試験（切欠きを有する3点曲げ試験）や切欠きを有する鋼試験片による繰返し載荷実験を行うとともに，有限要素解析を用いて，脆性破壊の推定に必要なJ積分やワイブル応力を算出し，シャルピー吸収エネルギーから累積塑性変形能力推定までの一連の過程について，検討を行うことができた．
前述の通り，実験では予定通りに進まなかった部分もあるが，解析面，および，累積塑性変形能力推定手法において研究を進めることができた．以上から，本年度の進捗状況を「若干遅れている」と総合的に判断した．
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| 今後の研究の推進方策 |
【現在までの進捗状況】で述べた通り，2022年度において，実験では予定通りに進まなかった部分もあるが，解析面，および，累積塑性変形能力推定手法においては，予定の通り研究を進めることができた．よって，2023年度は，2022年度に実施できなかった，材料の素材試験，塑性拘束の異なる鋼試験片の繰返し載荷実験を実施するとともに，有限要素解析を継続し，繰返し負荷を受けた場合に塑性拘束の違いが脆性破壊に及ぼす影響について，検討を行う予定である．
また，2022年度において得られた結果を踏まえて，シャルピー吸収エネルギーと破壊靱性の関係の定量化に関して改良を行い，累積塑性変形能力推定精度の向上を目指すこととする．
また，繰返し載荷の影響に関して，正負繰返しの振幅が異なる場合（片側一定振幅），これまで実験を行ってきた（両側）一定振幅と傾向が異なる結果が得られた．今後，様々な振幅の繰返し載荷において，変形能力の推定を行う上で，この影響についても検討することが重要と考えられるため，これらの影響を検討するための実験も計画する予定である．
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