| 研究課題/領域番号 |
26289338
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| 研究機関 | 長崎大学 |
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研究代表者 |
勝田 順一 長崎大学, 工学研究科, 准教授 (20161078)
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| 研究分担者 |
森山 雅雄 長崎大学, 工学研究科, 准教授 (00240911)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 疲労亀裂 / 亀裂伝播 / 伸び性能 / 結晶組織 / 屈曲伝播 / 遅延伝播 |
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| 研究実績の概要 |
鋼構造物に高張力鋼を適用すると，設計応力を高くし，板厚を薄くして，重量を軽減することが可能である。しかし，一般に高張力鋼は，伸びが小さく，高い降伏応力のために切欠き感度が高く維持される。これらのことが，疲労亀裂伝播特性の低下を招いている可能性がある。高強度鋼の疲労強度について，高強度鋼の使用範囲が広がりつつある中，従来とは異なる方法で高強度鋼の疲労亀裂伝播特性の向上を検討することを本研究では目的としている。
本年度は，まず，市販の鋼材（SM400B，SN400B，SM490B，SN490B，SM570，WES-HW685）を用いて，疲労亀裂伝播試験を2種類（同じ応力範囲とした場合，載荷荷重範囲と降伏応力の比を同じにした場合）実施した。その結果，同じ応力範囲とした場合には，いずれの鋼材の伝播寿命もほぼ変わらないこと，載荷荷重範囲と降伏応力の比を同じにした場合には，高強度の鋼材ほど伝播寿命が短くなることを明らかにした。
また，これらの鋼種を用いて切欠き付丸棒試験片を作成して，圧縮塑性変形と引張り塑性変形を繰返し生じさせた後に，静的引張り破断させて伸び量を計測した。その結果，高強度鋼材ほど破断伸び性能が低くなった。この破断伸び性能を用いて数値シミュレーションを行った結果，伝播試験結果とほぼ同等の結果が得られた。
新しい鋼材については，伸び性能に優れた鋼材を本研究費によって製造購入して，基本性能の試験を行った。本年度予定していた疲労亀裂伝播試験と圧縮塑性変形と引張り塑性変形付与後の破断伸び調査の試験については，来年度に持ち越すこととなった。
ＰＩＶ法を用いるための疲労亀裂伝播試験中における動画撮影の改善については，前年度までに良好な結果が得られた試験は，片側切欠き付試験片によるものであり，ＣＴ型試験片による疲労亀裂の動画については，ＰＩＶ処理結果があまり良くないことが明らかになった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
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
今年度は，導入した高解像度の動き解析マイクロスコープの撮影時に生じるいくつかの不具合を改善する予定であったが，従来行って来た片側切欠き付試験片では満足する結果が得られることが確認できたが，ＣＴ型試験片による伝播試験中に撮影した動画では，変位のベクトル表示に不具合が生じ，満足する結果を得ることができなかった。新しく発売されたレンズのテスト機を借りて性能調査を行っている段階であり，来年度の研究費で購入する予定である。
市販されている鋼材を用いて，疲労亀裂伝播試験を2種類実施した。その結果，同じ応力範囲とした場合には，強度が異なるいずれの鋼材の伝播寿命もほぼ変わらないこと，載荷荷重範囲と降伏応力の比を同じにした場合には，高強度の鋼材ほど伝播寿命が短くなることを明らかにした。また，これらの鋼種を用いて切欠き付丸棒試験片を作成して，圧縮塑性変形と引張り塑性変形を繰返し載荷させた後に，静的引張り破断させて伸び量を換算破断伸びとして求めた。その結果，高強度鋼材ほど破断伸び性能が低くなった。この換算破断伸び値を用いて数値シミュレーションを行い，疲労亀裂伝播速度と応力拡大係数範囲の関係を求めた結果，伝播試験結果とほぼ同等の結果が得られた。
本年度の研究費で，伸び性能に優れた鋼材を本研究費によって製造購入して，基本性能の試験を行った。780MPa級の強度を持ちながら，破断伸び約30％を有する従来にはない鋼材を作成することができた。しかし，今年度予定していた疲労亀裂伝播試験と圧縮塑性変形と引張り塑性変形付与後の破断伸び調査の試験については，鋼材製作時期が遅れたために，来年度に持ち越すこととなった。
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| 今後の研究の推進方策 |
まず，製造購入した780MPa級の強度を持ちながら，破断伸び約30％を有する従来にはない鋼材を用いて，疲労亀裂伝播試験と圧縮塑性変形と引張り塑性変形を付与後，換算破断伸びを求める試験を実施する予定である。このことによって，鋼材の伸び性能が疲労亀裂伝播性能へ及ぼす影響について調査する。
また，疲労亀裂伝播試験中の疲労亀裂先端の動画撮影においては，結晶組織と疲労亀裂先端の関係を明らかにするために，現在の高解像度を確保したまま撮影倍率を挙げる必要があると考えている。このことによって，極わずかな試験片の面外方向の揺れがピントのずれにつながる可能性があり，さらに，伝播する疲労亀裂先端を常に視野の中央に捕えておくことが困難になる場合も想定される。そこで，今年度検討してきた新型レンズの購入を検討している。このレンズは，撮影間隔を従来よりも長くしたうえで倍率を挙げることができ，ピントのずれに対応可能であろうこと，及び治具によって撮影できなかった短い疲労亀裂伝播中の撮影が可能となり，調査領域が広がるものと期待される。
さらに，上述の検討中の動き解析マイクロスコープ用の新型レンズを購入して，伝播中の疲労亀裂伝播の動画を撮影する。取得した画像を処理することにより，疲労亀裂先端の伸び性能と疲労亀裂先端の塑性領域の形状の比較，考察を行い，疲労亀裂伝播の遅延に及ぼす要因や影響度について調査する。
加えて，鋼材の硬質結晶組織の3次元形状や3次元配置を工夫した鋼材を製造購入して，疲労亀裂伝播試験を行う。試験後，伝播した疲労亀裂周辺を切り取り，試験片表面から順次研磨とエッチングを行った上で，2次元の写真撮影を行う。この2次元写真を重ね合せることにより，鋼材の結晶組織と疲労亀裂の3次元画像を作成して，疲労亀裂の伝播に及ぼす3次元結晶組織の影響について調査する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
新動き解析マイクロスコープ本体用のカメラ・レンズ購入を予定していたが，テスト機による十分な検討や調査ができなかったため，資金を持ち越すこととした。
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| 次年度使用額の使用計画 |
新年度では，新動き解析マイクロスコープ本体用の新型カメラ・レンズを購入する予定であったが，次年度に繰り越した金額では不足するために，次年度補助金でカメラ・レンズを購入することとし，繰り越した基金では，硬質結晶組織を３次元的に制御した鋼材を製作購入する予定である。
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