| 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 |
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| 研究実績の概要 |
高張力鋼を船舶に適用すると，設計応力を高く設定することができ，板厚を薄くして船体重量を削減できるという利点がある。しかし，高張力鋼は，溶接性が悪く，切欠き感受性が高いという問題がある。一般に，軟鋼に比べて高張力鋼は伸び性能が低く，高い降伏応力のために切欠き感受性が高いまま維持される。このことが，疲労強度や疲労亀裂伝播寿命の低下を招いている可能性がある。高張力鋼の疲労亀裂伝播寿命を向上させるために新しい鋼材の可能性を探ることを目的とする研究である。
平成26年度には，市販の各種構造用鋼板について，疲労亀裂伝播特性の把握，および疲労亀裂先端を模擬した破断限界を求めた。
平成27年度には，前年度求めた疲労亀裂先端を模擬した破断限界値を用いて，数値シミュレーションを行い，伝播試験した各種強度を有する鋼板の疲労亀裂伝播試験結果と同等の伝播寿命を得ることができた。また，同じ化学成分のスラブ材を用いて冷却条件を変えて圧延することにより，破断伸びを変化させた鋼材を試作した。
平成28年度には，前年度試作した同化学成分で780MPa程度の強度を有し，さらに破断伸び性能を変化させた鋼材4種の疲労亀裂伝播性能を把握するための疲労亀裂伝播試験を実施した。また，これらの鋼材の圧縮・引張り塑性変形を繰返し付与する試験を行い，伝播特性の把握と疲労亀裂先端の破断限界を求めた。
平成29年度には，一般の構造物にも適用される可能性がある600MPa級の高張力鋼板で，伸び性能に優れた鋼板と伸び性能が劣る鋼板を試作し，疲労亀裂伝播性能の把握と疲労亀裂先端の破断限界値を求めた。さらに，疲労亀裂伝播試験に用いているＣＴ試験片（試験片幅150ｍｍ）表面を伝播する疲労亀裂を高速で撮影するためのレンズを導入し，初期段階からの疲労亀裂伝播状況を撮影した。撮影した動画をＰＩＶ処理して伝播中の疲労亀裂先端の塑性域を求めた。
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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
平成26年度には，市販の各種構造用鋼板について，疲労亀裂伝播試験と圧縮・引張り塑性変形を繰返し付与する試験を行い，伝播特性の把握と疲労亀裂先端の破断限界を求めた。
平成27年度には，前年度求めた疲労亀裂先端の破断限界を用いて，数値シミュレーションを行い，伝播試験した各種強度を有する鋼板の伝播試験結果と同等の伝播寿命を得ることができた。また，同じ化学成分で冷却条件を変えて破断伸びを変化させた鋼材を試作した。
平成28年度には，前年度試作した同化学成分で780MPa程度の強度を有し，さらに破断伸び性能を変化させた鋼材4種の疲労亀裂伝播性能を把握した。また，これらの鋼材の圧縮・引張り塑性変形を繰返し付与する試験を行い，伝播特性の把握と疲労亀裂先端の破断限界を求めた。
平成29年度には，一般の構造物にも適用される可能性がある600MPa級の高張力鋼板で，伸び性能に優れた鋼板と伸び性能が劣る鋼板を試作し，疲労亀裂伝播性能の把握と疲労亀裂先端の破断限界を求めた。また，疲労亀裂を三次元に屈曲させて伝播寿命を延長させる研究のための鋼板を試作し，一部の試験片を製作した。さらに，疲労亀裂伝播試験のためのＣＴ型試験片を用いて，伝播する疲労亀裂の動画を撮影し，その動画をＰＩＶ法で画像処理することにより，疲労亀裂先端の開閉口挙動による塑性域の形成状況を明らかにすることができた。今までは，片側切欠き付き試験片のみで成功していただけであったが，今年度初めてＣＴ型試験片でも成功した。ＣＴ型試験片は，疲労亀裂伝播試験には幅広く使用されており，この処理方法が普及する可能性ができた。
なお，予定していた三次元に屈曲伝播する疲労亀裂の伝播挙動を明らかにすることは，この試験のための鋼材製作が遅れたために，試験片の製作までであるが，研究はおおむね順調に進展していると判断できる。最終年度にこの試験を実施する予定である。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成30年度は，平成29年度製作した鋼材を用いて，疲労亀裂を三次元に屈曲させることによって伝播寿命を延長させることの可能性を探るための疲労亀裂伝播試験を行い，結果を評価する。この試験で用いた試験片に伝播させた疲労亀裂を用いて，亀裂の三次元形状を試験片を研磨し，エッチングした後に撮影する。この画像を重ね合わせることによって三次元画像を作成して亀裂の三次元形状を把握し，亀裂のそれぞれの部分が亀裂先端であった時点での力学的環境（３種類の応力拡大係数範囲）を分析して，疲労亀裂を三次元に屈曲させることの亀裂伝播寿命への利点を探り，伝播寿命への影響度合いを明らかにする。また，この鋼板の疲労亀裂伝播性能を，本研究で提案した繰返し塑性変形付与による伸び性能の限界を用いて数値シミュレーションを行い，この鋼板の伝播寿命を予測することができるか否かを検証する。
さらに，平成30年度は本研究の最終年度であるため，本研究の成果を，伸び性能を用いたシミュレーション法，伸び性能を向上させることで伝播寿命を確保する方法，疲労亀裂を三次元に屈曲させて伝播寿命を確保する方法に分けて，今まで行ってきた講演発表の成果もまとめて査読付き論文として投稿する予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
平成29度，伝播中の疲労亀裂を三次元屈曲させることによる伝播寿命への影響を調査するための鋼材は製作した。しかし，疲労亀裂伝播試験の実施や疲労亀裂の三次元形状を把握するための研磨，エッチング，撮影，写真合成の作業は，このための鋼材の製作が遅れたことと，人手不足のために実施できなかった。このため，試験の器具や試験実施の費用の執行や結果処理をするための雇い上げを執行することができず，また，この成果を発表するための旅費も使用することができなかった。
平成30年度は，三次元に疲労亀裂を屈曲させる伝播試験の実施，この試験のための器具を購入し，試験の手伝いや三次元形状把握のための学生雇い上げに使用する予定である。また，最終年度に当たるために，研究発表，発表のための旅費，さらに，査読付き論文の投稿費用に使用する予定である。
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