脆性破壊に先行する延性不安定破壊の数値シミュレーション-溶接欠陥の品質管理基準

先塑性不稳定断裂先于脆性断裂的数值模拟——焊接缺陷的质量控制标准

• 批准号: 17760464
• 负责人: 東 康二
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Sojo University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760464/
• 关键词: 溶接欠陥; 脆性破壊; 延性亀裂; 表面亀裂; 塑性拘束; FE解析; 破壊評価線図; 内部欠陥

本研究の最終目的は,溶接接合部における脆性破壊を防止するための欠陥の評価基準の策定である.欠陥形状が表面亀裂である場合,亀裂先端の塑性拘束は弱く,延性亀裂が大きく進展した後に脆性破壊に到る.そこで通しダイアフラム形式柱梁接合部を単純化した試験体を用いて,表面欠陥から進展した延性亀裂を起因とする脆性破壊を再現する繰返し載荷実験を行った.試験体の溶接始終端部には貫通欠陥(機械切欠き及び疲労亀裂)を挿入し,両端貫通切欠き(DENT)試験片と同様の塑性拘束の弱い状態とした.予めFE解析を用いて様々な欠陥寸法における破壊予測を行い,亀裂深さの浅い(脆性破壊が発生しない)場合と深い(脆性破壊が発生する)場合の予亀裂深さを決定した.実験の結果,浅い切欠きの場合には延性亀裂は安定成長を続け破壊には到らず,深い切欠きの場合には延性亀裂が進展し脆性破壊に到る過程を再現でき,予測と一致した.ただし,延性亀裂の過大な進展により,破壊発生時の変形量は予測値よりもはるかに大きく,現在の評価手法では安全側過ぎる傾向が確認された.本実験に平行して三点曲げ(SENB)試験片を用いた破壊靭性試験も行い,R曲線と限界J値J_cを求めた.実験温度は,本実験と同じく,シャルピー破壊靱性値が47J程度となる-20℃としたが,靭性試験片の塑性拘束が強いため,延性亀裂の進展量は本実験における延性亀裂の進展量と比較して僅かであった.塑性拘束を考慮したJ_cを推定する方法は既に提案しているので,延性亀裂長さと靱性値の関係を求めるために,初期亀裂深さの浅いSENB試験片による破壊靱性試験を行い,本実験の結果に照合する必要があることが明らかとなった.また延性亀裂の駆動力をワイブル応力で表現したものを数値解析に当てはめ,亀裂進展解析により亀裂先端の応力変動を考慮して,延性亀裂進展時の塑性拘束についても検討する必要がある.

本研究的最终目的是制定防止焊接接头脆性断裂的缺陷评价标准。当缺陷形状为表面裂纹时，裂纹尖端的塑性约束较弱，延性裂纹显着扩展，随​​后发生脆性断裂。发生。使用具有简化隔膜式柱梁接头的样本，我们进行了循环加载实验，以再现由表面缺陷（机械缺口和疲劳裂纹）传播的延性裂纹引起的脆性断裂。将试件插入类似于两端缺口（DENT）试件的弱塑性约束状态。我们利用有限元分析提前预测了各种缺陷尺寸下的断裂，发现裂纹深度较浅（无脆性）。会发生断裂））和深度（发生脆性断裂）。实验的结果是，在浅缺口的情况下，延性裂纹继续稳定地生长，不会达到断裂，而在深缺口的情况下，延性裂纹生长并变得脆性，能够再现。导致失败的过程，与预测一致。由于裂纹过度扩展，断裂时的变形量远大于预测值，证实目前的评估方法趋于安全。与本实验平行，三个我们还使用点弯曲（SENB）测试样本进行了断裂韧性测试确定边界J值J_c。实验温度为-20℃，夏比断裂韧性值约为47J，与本实验相同，但由于韧性试件受到高度塑性约束，延性裂纹扩展量与实验中相比，延性裂纹扩展量较小。由于我们已经提出了一种考虑塑性约束的 J_c 估计方法，因此我们使用初始裂纹深度较浅的 SENB 试样进行断裂韧性试验，以找出延性裂纹长度与韧性值之间的关系，这是必要的。检查这个实验的结果。此外，通过将以威布尔应力表示的延性裂纹的驱动力应用于数值分析，并通过裂纹扩展分析考虑裂纹尖端的应力波动，发现延性裂纹扩展过程中的塑性约束为也是需要考虑的

项目成果

Applicability of Partial Joint Penetration Groove Welded Joints to Beam-to-RHS Column Connections and Assessment of Safety from Brittle Fracture

部分焊透坡口焊接接头在梁-RHS柱连接中的适用性及脆性断裂安全性评估

• 发表时间: 2006
• 期刊: Proceedings, 11th International Symposium on Tubular Structures ISTS XI
• 作者: Azuma;K.;Kurobane;Y.;Iwashita;T.;Dale;K.
• 通讯作者: K.

Assessment of safety from brittle fracture initiating at tips of PJP groove welded joints

PJP 坡口焊接接头尖端脆性断裂的安全性评估

• 发表时间: 2006
• 期刊: Proceedings of 4th International Symposium on Steel Structures ISSS '06, Vol.1
• 作者: Azuma;K.;Kurobane;Y.;Iwashita;T.;Dale;K.
• 通讯作者: K.

柱梁溶接始終端部の欠陥から発生する脆性破壊の予測

柱梁焊缝首尾缺陷引起的脆性断裂预测

• 发表时间: 2007
• 期刊: 日本建築学会大会学術講演梗概集(九州) 構造III(発表予定)
• 作者: 東 康二;岩下 勉
• 通讯作者: 岩下 勉

Full-scale Testing of Beam-to-RHS Column Connections with Partial Joint Penetration Groove Welded Joints and Assessment of Safety from Brittle Fracture

梁与 RHS 柱连接部分焊透坡口焊接接头的全尺寸试验及脆性断裂安全性评估

• 发表时间: 2006
• 期刊: Welding in the World Vol. 50, Issue 5/6(掲載確定)
• 作者: Azuma;K.;Kurobane;Y.;Iwashita;T.;Dale;K.
• 通讯作者: K.

Assessment of Risk of Brittle Fracture for Beam-to-Column Connections with Weld Defects

具有焊接缺陷的梁柱连接脆性断裂风险评估

• 发表时间: 2006
• 期刊: Proceedings, 10th International Symposium on Tubular Structures (発表予定)
• 作者: Iwashita;T.;Kurobane;Y.;Azuma;K.
• 通讯作者: K.