| 研究概要 |
材料中に存在するき裂が外力の下で伝ぱして破壊が進行する様子を的確に把握することは,機器の強度設計のみならず保守や健全性の評価,また管理のうえで極めて重要である.本研究では,二次元き裂が伝ぱ・拡大する様子を高い精度で予測する解析システムを構築した.本システムの特徴は,複雑な形状を呈しながら伝ぱするき裂を理想化することなく,そのままの形状で解析できる点にあり,単純なき裂伝ぱ解析のみならず,複数のき裂群による合体のシミュレーションや,円孔や介在物などの影響をうけて湾曲進展するき裂の様子を的確に把握することを可能にするものである.本システムの開発にあたり,まず,き裂の進展方向を算定する破壊力学的基準の妥当性について考察した.これまでに提案されているき裂進展方向の算定基準には,伝ぱ前のき裂先端場を利用して進展方向を決定する伝ぱ前基準と,適当な伝ぱ方向を仮定した試算結果から真の伝ぱ方向を決定する伝ぱ後基準に大別できる.一般に伝ぱ後基準が正確とされているが,膨大な繰返し計算に伴う計算効率の低下が問題であり,複雑なき裂伝ぱ解析に直接適用することは困難である.
本研究では,伝ぱ前のき裂先端を一端とする任意区間に生じる合力を用いることで,伝ぱ前基準でありながら伝ぱ後基準と同等の精度を確保する新しいき裂進展方向決定法を提案し,その効率性を検証した.また,き裂同士が干渉しながら進展する場合や,円孔の影響を受けて湾曲進展するき裂の伝ぱ経路を疲労試験によって求め,数値シミュレーション結果と比較して本法の有効性を議論した.その結果,構築したシステムは汎用性と効率性に優れ,種々のき裂伝ぱおよびき裂合体問題を精度よくシミュレートできることを確認した.
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