海上輸送構造体信頼性向上のための破壊力学研究

2010 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22246108
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 粟飯原 周二 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (10373599)
• 研究分担者: 吉成 仁志 海上技術安全研究所, 生産システム系, 上席研究員 (20167737)
• キーワード: 材料・構造力学 / 破壊力学 / 船体構造 / 脆性破壊 / き裂伝播 / 溶接構造 / 数値モデル

研究概要

本研究は大型海上輸送体の大規模破壊を防止する設計基準の確立に資するために基盤研究を行うものである。特に、近年大型化が著しいコンテナ船ではこれまで経験のない70mmを超える極厚鋼板が使用されるようになり、このような極厚鋼板を使用した超大型船体における信頼性を確保するために、高速で伝播する脆性き裂の挙動を基礎的に研究する必要がある。H22年度に得られた成果は以下のとおりである。(1)船体用高張力鋼を用いた大型脆性き裂伝播試験を行い、脆性き裂伝播抵抗値(Kca)を計測した結果、負荷応力を高くすると、通常条件で得られるKcaよりも著しく高い値が得られることを実証した。さらに、このような現象が起きる場合には、き裂伝播部の塑性変形量が著しく上昇していることを見出した。(2)き裂の塑性変形を考慮した動的き裂伝播モデルを開発し、き裂伝播挙動に及ぼす負荷応力の影響を計算したところ、上記(1)の実験結果を説明できることを確認した。さらに、このモデルを2m超の広幅試験に適用して計算した結果、き裂駆動力KがKcaより大きくてもき裂が停止する場合があることを確認した。この現象は従来の破壊力学では説明ができず40年来未解決の問題であったが、本モデルによってそれが初めて説明することができた。(3)溶接部の靭性分布と溶接残留応力の3次元的分布を考慮したき裂伝播モデルを開発し、溶接部のき裂伝播挙動解析を行った。溶接熱影響部の靭性の谷間が深く、負荷応力が低いほど脆性き裂は溶接部に沿って伝播しやすくなることを計算により求めた。この計算モデルにより実際の溶接部き裂伝播挙動を説明できることを確認した。
次年度以降、実験と解析の範囲を広げ、上記モデルのより深い検証を行うとともに、脆性き裂伝播停止条件について検討を継続する。

研究成果

• [雑誌論文] Development of guidelines on brittle crack arrest design- Brittle crack arrest design for large container ships-1 - (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Yamaguchi, H.Yajima, S.Aihara, H.Yoshinari, et al.
  • 雑誌名: Proc.The 20th International Offshore and Polar Engineering Conference 巻: proceedings(CDROM) ページ: 71-79
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of brittle crack arrest toughness K_CA test method-Brittle crack arrest design for large container ships-2 - (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Kawabata, K Matsumoro, T.Ando, H.Yajima, S.Aihara, H.Yoshinari, et al.
  • 雑誌名: Proc.The 20th International Offshore and Polar Engineering Conference 巻: proceedings(CDROM) ページ: 80-87
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of structural discontinuities of welded joints on brittle crack propagation behavior-Brittle crack arrest design for large container ships-3 - (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Hands, T.Matsumoto, H.Yajima, S.Aihara, H.Yoshinari, et al.
  • 雑誌名: Proc.The 20th International Offshore and Polar Engineering Conference 巻: proceedings(CDROM) ページ: 88-94
  • 査読あり
• [雑誌論文] Required brittle crack arrest toughness K_CA value with actual-scale model tests-Brittle crack arrest design for large container ships-4 - (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Yamaguchi, H.Yajima, S.Aihara, H.Yoshinarl, et al
  • 雑誌名: Proc.The 20th International Offshore and Polar Engineering Conference 巻: proceedings(CDROM) ページ: 95-101
  • 査読あり
• [学会発表] 鋼溶接継手におけるへき開き裂伝播挙動の三次元シミュレーション (2009)
  • 著者名/発表者名: 中居寛明、粟飯原周二、井上健裕
  • 学会等名: 平成22年度日本船舶海洋工学会秋季講演会、第11号、2010E-G4-2
  • 発表場所: 東京タワーホール船堀
  • 年月日: 2009-11-12
• [備考]
  • URL: http://www.fract.t.u-tokyo.ac.jp/index.html