| 研究課題/領域番号 |
25420016
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 研究機関 | 神戸大学 |
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研究代表者 |
藤本 岳洋 神戸大学, 海事科学研究科(研究院), 准教授 (60314514)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | き裂進展解析 / J積分 / クラッキング加工 |
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| 研究概要 |
まずJIC試験規格レベルの寸法の予き裂試験片からのき裂進展予想シミュレーションを行った。クラッキング加工において求められる安定的なき裂進展の継続は、外力によって試験片に十分なエネルギーが蓄えられて実現すると考えられる。シミュレーションでは、負荷速度を増すことによって試験片に与える外力エネルギーが増し、破壊開始後のき裂進展が安定的に生じえる可能性が示唆された。但し、これらのシミュレーションでは厳密なき裂形状ではない欠陥（先端切欠径→0ではない）に対して経路積分計算を用いたき裂進展開始条件を仮定しているため、現実における破壊挙動を実験によって調べる必要がある。そのため、シミュレーション結果に基づき、実験に用いる試験片のき裂先端径を策定している。
また、クラッキング加工では外力作用点と材料破断箇所が比較的近い箇所にあるケースも考えられる。三点曲げ破壊試験等がこのケースにあたる。衝撃荷重下の三点曲げ破壊では、動的負荷による試験片への付与エネルギー増が期待される一方で、外力伝達冶具の接触・非接触等の境界条件が破壊挙動に大きな影響を与え、クラッキング加工時の制御のしづらさが懸念される。さらに本現象には外力伝達冶具の材料・形状も影響する恐れがある。そこで三点曲げ衝撃破壊実験とその数値シミュレーションを通じて高速破壊挙動の力学的評価を試みた。外力伝達冶具および試験片支点の接触・非接触の判定は破壊挙動に大きな影響を及ぼし、その妥当な再現なしには正確な破壊挙動の数値シミュレーションはなし得ない事が判明した。
また、コネクティングロッド構造についても破壊実験・数値シミュレーションを行い、画像相関を用いた応力拡大係数解析が有効であること、き裂先端前縁向きの再現によって妥当な力学的状態が評価し得ること等が判明している。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
試験片購入が遅れていることが影響し、実験サイドの研究の進捗が遅れている。そのため、上記事故点検結果としては厳しく判定している。2014年度以降の研究でその遅れを取り戻したい。
一方、数値シミュレーションサイドの研究は二次元解析、三次元解析ともにほぼ順調であり、プログラム開発も適切に進んでいると考えられる。2014年度以降は実験結果のフィードバックを受けて破壊挙動の詳細に迫る数値解析を行いたい。
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| 今後の研究の推進方策 |
数通りの先端切欠径・板厚を有する三点曲げき裂試験片に対して動的破壊実験を行い、その破壊挙動を超高速度カメラによって撮影する。き裂進展経路や進展速度はこの実験によって可視化される。次にこれらの動的破壊挙動に対し、二次元・三次元移動有限要素法を用いた数値解析を行い、動的J積分等の破壊力学パラメータを求める。また、実験後の試験片破面を走査型電子顕微鏡もしくはレーザーフォーカス変位計を用いて計測し、詳細な破面形状および破面粗さを算定する。動的J積分と破面粗さの分布を比較し、その相関性の有無等を調べていく。
さらに試験片断面形状を長方形状のものではなく台形状もしくは段階的に板厚を変えたものにして、き裂進展挙動の変化を調べる。これらの実験・数詞シミュレーションを交えた比較結果から、クラッキング加工に及ぼすき裂先端初期切欠径・板厚形状の影響を精査し、安定した材料破断設定に重要な因子を明らかにする予定である。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
当初、購入しようとした試験片材料が手配不能であることが判明した。その後、研究遂行に適切な材料を選定し、かつ入手可能であることを確認するやり取りを業者と行う過程で購入計画ならびに実験実施には遅れが生じており、次年度使用額への繰越をせざるを得ない状況となった。
上記理由説明にあるように、繰り越した購入費目は実験用試験片である。これらを購入し、2014年度は破壊挙動の評価実験を実施していく予定である。
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