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

2023 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21H01545
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分24020:船舶海洋工学関連
• 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 / 弾塑性 / 亀裂 / FEM

研究成果の概要

疲労亀裂発生位置近傍の局所的な弾塑性応答が溶接継手の疲労寿命に与える影響を評価することを目的として、SM490Aの母材と溶接継手の疲労亀裂発生位置近傍を狙った再現HAZ材を用いて疲労試験を行い、得られた弾塑性応答の実験結果を再現可能な繰返し材料応答シミュレーションと疲労亀裂発生および進展寿命評価式を提案した。続いて，これを非荷重伝達型十字溶接継手に適用し、疲労寿命評価と実験結果との比較を通じて考察を行った。これらより、巨視的弾性状態を含む弾塑性応答を高精度に再現可能な材料モデルを開発して、接合条件に依存する疲労亀裂発生・進展評価手法を低炭素鋼からなる溶接継手に適用できる
ように拡張した。

自由記述の分野

応用力学

研究成果の学術的意義や社会的意義

溶接部を起点とする疲労損傷事例が多数報告され、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、大型溶接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、実験的検討には限界があることなどが挙げられる。つまり、溶接プロセス条件に依存する疲労性能評価の高度化には、上記影響因子を適切に考慮可能な数値シミュレーション技術開発と実設計および施工への展開が重要である。