溶接構造物の疲労性能を最大化する溶接プロセス条件の探査技術開発

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21H01545
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 堤 成一郎 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (70344702)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 疲労 / 塑性 / 亀裂 / 発生 / 伝播

研究実績の概要

各種溶接構造物の接合部を起点とする疲労損傷事例が多数報告されており、その要因として、溶接部と構造的な不連続部が一致する、かつ溶接余盛や時に欠陥も存在するため高応力となる、溶接入熱による母材と溶接金属の希釈およびその後の冷却速度など、溶接プロセス条件に依存して不均一な材料組織/形状/強度分布と残留応力/残留変形が生じる、さらに構造物が実際に経験する応力や変形状態は、多軸/非比例/変動履歴となるため、実験的な検討にも限界があることなどが挙げられる。そこで、これまで開発を進めている巨視的弾性条件下となる高サイクル疲労にも適用可能な繰返し弾塑性モデルに対して、応力急変時の変形挙動を予測可能なモデルへと拡張するとともに、損傷累積関数をLode角の関数へと拡張した。これより、多軸/非比例/変動応力条件下の材料変形挙動の予測精度を向上させた弾塑性モデルと高効率な変形解析技術を開発した。また、多軸/非比例/変動応力条件下の局所的な弾塑性応答を反映した疲労亀裂発生から伝播までの寿命を評価可能な手法のプロトタイプを完成させた。そのモデル検証のために、各種疲労試験を実施した。特に、亀裂発生から伝播までの性能を定量化するとともに、亀裂前方のひずみ状況を可視化する目的で、SENT試験体を対象とした3D-DICひずみ解析を実施した。また、溶接プロセスシミュレーションツールとして、プロトタイプを開発済の溶融池形成シミュレーション技術に加えて、既存技術の熱弾塑性解析技術と疲労性能評価技術を連成させることにより、溶接プロセス条件と荷重履歴を考慮した疲労亀裂発生・伝播寿命評価システムのプロトタイプを完成させた。また提案手法の精度検証を目的として、継手疲労実験も実施した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

計算および実験ともに、順調に推移している。

今後の研究の推進方策

これまで開発を進めているシミュレーションツールのプロトタイプをの精度検証を進めるとともに、継手疲労実験との比較により、さらなる精度検証と改良を実施する。

研究成果

• [雑誌論文] Experimental and Numerical Study of Cyclic Stress?Strain Response and Fatigue Crack Initiation Life of Mid-Carbon Steel under Constant and Multi-Step Amplitude Loading (2022)
  • 著者名/発表者名: Morita Kasumi、Mouri Masashi、Fincato Riccardo、Tsutsumi Seiichiro
  • 雑誌名: Journal of Marine Science and Engineering 巻: 10 ページ: 1535～1535
  • DOI: 10.3390/jmse10101535
  • 査読あり
• [雑誌論文] Numerical implementation of the multiplicative hyperelastic-based Extended Subloading Surface plasticity model (2022)
  • 著者名/発表者名: Fincato R.、Tsutsumi S.
  • 雑誌名: Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering 巻: 401 ページ: 115612～115612
  • DOI: 10.1016/j.cma.2022.115612
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of Fatigue Crack Initiation and Propagation Life of Structural Steel Based on Local Strain Measurement by DIC (2022)
  • 著者名/発表者名: Yonezawa Takayuki、Li Bo、Tsutsumi Seiichiro
  • 雑誌名: Tetsu-to-Hagane 巻: 108 ページ: 762～771
  • DOI: 10.2355/tetsutohagane.TETSU-2022-008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fatigue strength and fracture characteristics of linear friction welded joints of weathering mild steel (2022)
  • 著者名/発表者名: Wang Yixun、Tsutsumi Seiichiro、Kawakubo Takumi、Fujii Hidetoshi
  • 雑誌名: Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures 巻: 45 ページ: 2769～2783
  • DOI: 10.1111/ffe.13772
  • 査読あり
• [雑誌論文] Parametric formulae for stress concentration factor and clamping-induced stress of butt-welded joints under fatigue test condition (2022)
  • 著者名/発表者名: Luo Yuxiao、Tsutsumi Seiichiro、Han Rui、Ma Renle、Dai Kaoshan
  • 雑誌名: Welding in the World 巻: 66 ページ: 1897～1913
  • DOI: 10.1007/s40194-022-01322-4
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Short-Time Heat Treatment for Ti?6Al?4V Alloy Produced by Selective Laser Melting (2022)
  • 著者名/発表者名: Morita Tatsuro、Oka Yohei、Tsutsumi Seiichiro、Takesue Shogo、Higuchi Norio、Sakai Hitoshi
  • 雑誌名: MATERIALS TRANSACTIONS 巻: 63 ページ: 854～863
  • DOI: 10.2320/matertrans.MT-M2022018
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cyclic elasto-plasticity behavior and fatigue crack initiation lives of low carbon steels and their simulated HAZ. (2022)
  • 著者名/発表者名: MORITA Kasumi、MOURI Masashi、AYANG Buerlihan、FINCATO Riccardo、TSUTSUMI Seiichiro
  • 雑誌名: QUARTERLY JOURNAL OF THE JAPAN WELDING SOCIETY 巻: 40 ページ: 36～43
  • DOI: 10.2207/qjjws.40.36
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microstructure and mechanical properties of friction stir welded high phosphorus weathering steel (2022)
  • 著者名/発表者名: Wang Yixun、Tsutsumi Seiichiro、Kawakubo Takumi、Fujii Hidetoshi
  • 雑誌名: Science and Technology of Welding and Joining 巻: 27 ページ: 388～397
  • DOI: 10.1080/13621718.2022.2055290
  • 査読あり
• [雑誌論文] Construction of probabilistic model on interior crack initiation and growth behaviors for high strength steels in very high cycle fatigue (2022)
  • 著者名/発表者名: OGUMA Noriyasu、NAKAGAWA Akiyoshi、NAKAMURA Yuki、TSUTSUMI Seiichiro、SAKAI Tatsuo
  • 雑誌名: Transactions of the JSME (in Japanese) 巻: 88 ページ: 22-00021
  • DOI: 10.1299/transjsme.22-00021
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microstructure, mechanical properties and fatigue behaviors of linear friction welded weathering steels (2022)
  • 著者名/発表者名: Wang Yixun、Tsutsumi Seiichiro、Kawakubo Takumi、Fujii Hidetoshi
  • 雑誌名: International Journal of Fatigue 巻: 159 ページ: 106829～106829
  • DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2022.106829
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of phosphorus content on fatigue performance of friction stir welded mild steels (2022)
  • 著者名/発表者名: Wang Yixun、Tsutsumi Seiichiro、Kawakubo Takumi、Fujii Hidetoshi
  • 雑誌名: Construction and Building Materials 巻: 324 ページ: 126682～126682
  • DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2022.126682
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of fatigue crack propagation behavior in low carbon steel and their simulated HAZ and fatigue life assessment of non-load carrying welded fillet joint. (2022)
  • 著者名/発表者名: MORITA Kasumi、MOURI Masashi、AYANG Buerlihan、FINCATO Riccardo、TSUTSUMI Seiichiro
  • 雑誌名: QUARTERLY JOURNAL OF THE JAPAN WELDING SOCIETY 巻: 40 ページ: 27～35
  • DOI: 10.2207/qjjws.40.27
  • 査読あり
• [雑誌論文] A CDM-like constitutive law for predicting degradation of strength and ductility of steel subjected to cyclic loading (2022)
  • 著者名/発表者名: Shintaku Yuichi、Tsutsumi Seiichiro、Terada Kenjiro
  • 雑誌名: International Journal of Plasticity 巻: 153 ページ: 103237～103237
  • DOI: 10.1016/j.ijplas.2022.103237
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fatigue performance of the slit end area of slotted CHS tube-to-gusset plate connection (2022)
  • 著者名/発表者名: Luo Yuxiao、Qiu Keyi、He Minjuan、Ma Renle、Fincato Riccardo、Tsutsumi Seiichiro
  • 雑誌名: Thin-Walled Structures 巻: 173 ページ: 108920～108920
  • DOI: 10.1016/j.tws.2022.108920
  • 査読あり / 国際共著