面外拘束パラメータを考慮した照射材破壊靱性値の試験片寸法依存性補正手法構築

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24561038
• 研究機関: 福井大学
• 研究代表者: 飯井 俊行 福井大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10313727)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 破壊靱性値 / 延性ー脆性遷移温度域 / 照射脆化 / 試験片の寸法効果 / き裂先端の拘束 / T-stress / 有限要素解析

研究実績の概要

本研究の目的は，き裂先端の面外拘束を表す力学パラメータT33応力を考慮することにより，照射脆化した材料（延性-脆性遷移温度域材）の破壊靱性値Jcの試験片板厚依存性を定量的に補正する手法を構築することにある．成果として，3点曲げ試験，板中央き裂試験片に対し板厚B0で得られたJc0を他の板厚で得られるJcに補正する，Jc = Jc0 x f(T33)なる補正関数fを導出した．この補正法はJcの板厚増に対する下限界値も予測しうるという意味において，最弱リンクモデルに基づく補正式Jc∝１／√Bに比べて優位性がある．手法の適用限界として，概略M = b0*σYS/Jc > 30（b0:リガメント寸法，σYS：降伏応力）も得た．ASTM E1921に従う破壊靭性試験ではM > 30を要求しており，この規格に従う実験データではほとんどの場合に上記の板厚補正法が適用できる．
そのほか，弾塑性有限要素（EP-FEA）結果に適用でき，Jcの寸法依存性を説明しうる破壊評価基準として(4δt, σ22c)基準（き裂先端開口変位δtの4倍位置のき裂開口方向応力σ22が材料強さσ22cを超えたときに破壊が発生するという基準）が適切であることを示した．この基準とEP-FEAを用いることにより，上記の板厚補正のみならず，Jcの試験片種類間換算が可能になった．この手法についても適用限界は概略M > 30である．以上により，所期の目的通り，照射脆化した材料のJcの試験片寸法（板厚，試験片種類を含む）依存性を定量的に補正する手法を構築できた．
本年度は，上記成果のうち，板中央き裂に対する検討(Theoretical and Applied Facture Mechanics誌に採択決定)を行い，また手法の適用制限（投稿準備中）を求めた．

研究成果

• [雑誌論文] Extended investigation of the test specimen thickness (TST) effect on the fracture toughness (Jc) of a material in the ductile-to-brittle transition temperature region as a difference in the crack tip constraint - What is the loss of constraint in the TST effects on Jc? (2015)
  • 著者名/発表者名: Meshii, T., Lu, K. and Fujiwara, Y.
  • 雑誌名: Engineering Fracture Mechanics 巻: 135 ページ: 286-294
  • DOI: 10.1016/j.engfracmech.2014.07.025
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A systematic investigation of T-stresses for a variety of center-cracked tension specimens (2015)
  • 著者名/発表者名: Lu, K. and Meshii, T.
  • 雑誌名: Theoretical and Applied Fracture Mechanics 巻: in press ページ: in press
  • DOI: 10.1016/j.tafmec.2015.02.001
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] J’s disability could explain all the test specimen size effects observed for the fracture toughness (Jc) of a material in the DBTT region (2015)
  • 著者名/発表者名: Meshii, T.
  • 学会等名: ASME 2015 Pressure Vessels and Piping Conference
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 2015-07-19 – 2015-07-23
• [学会発表] Applicability of a deterministic approach to transfer the fracture toughness Jc between different specimen thickness (2015)
  • 著者名/発表者名: Meshii, T. and Lu, K.
  • 学会等名: ASME 2015 Pressure Vessels and Piping Conference
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 2015-07-19 – 2015-07-23
• [学会発表] The inability of J could explain all the test specimen size effects observed for the fracture toughness (Jc) of a material in the DBTT region (2015)
  • 著者名/発表者名: Meshii, T.
  • 学会等名: 13th International Conference on Engineering Structural Integrity
  • 発表場所: Manchester, UK
  • 年月日: 2015-05-19 – 2015-05-20
• [学会発表] Three-dimensional T-stresses for compact tension specimens with large thickness variation (2014)
  • 著者名/発表者名: Yang, M. and Meshii, T.
  • 学会等名: The 3rd Conference on Computational Mechanics (CCM 2014)
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 2014-11-28 – 2014-11-30
• [学会発表] Method to convert fracture toughness (Jc) of a material in the ductile-to-brittle transition temperature region from SE(B) speicmens to the 1-inch thickness (1T) CT specimen (2014)
  • 著者名/発表者名: Lu, K. and Meshii, T.
  • 学会等名: The 3rd Conference on Computational Mechanics (CCM 2014)
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 2014-11-28 – 2014-11-28
• [学会発表] Recompilation of the decommissioned Shoreham reactor vessel steel fracture toughness data from the standpoint of the out-of-plane constraint (2014)
  • 著者名/発表者名: Lu, K. and Meshii, T.
  • 学会等名: 10th International Conference of Computational Methods in Sciences and Engineering (ICCMSE2014)
  • 発表場所: Athens, Greece
  • 年月日: 2014-04-04 – 2014-04-07
• [備考] 構造健全性評価工学研究室
  • URL: http://ffg.mech.u-fukui.ac.jp/
• [備考] 業績
  • URL: http://ffg.mech.u-fukui.ac.jp/achievement.html