溶接継手に存在する疲労表面き裂の発生・成長評価法に関する研究

焊接接头疲劳表面裂纹萌生及扩展评价方法研究

基本信息

批准号：
19360395
负责人：
後藤浩二
金额：
$ 12.4万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

船舶・海洋構造物等の大型溶接構造物で生じる主な疲労破壊は,溶接止端や溶接金属内に残存する欠陥を起点とする表面・埋没き裂であり,既報損傷については構造様式の改良等によりある程度克服できたが,材料の進歩や船殻設計思想の変化等に伴い,予期し難い疲労損傷を生じる可能性が残されているため,表面・埋没き裂の成長挙動を精度良く推定する手法を確立する事は極めて重要である。上述の問題を解決する一環として,今年度は以下に述べる一連の研究を遂行した。1.Slice Synthesis Methodologyを用いた表面・埋没疲労き裂の応力拡大係数推定法及び結合力モデルの構築:表面・埋没き裂問題を半解析的に解く手法として,き裂最深部を含む断面を採りだした貫通き裂問題を考え,このき裂面にき裂幅(埋没き裂の場合は長軸に平行な断面)方向のリガメント領域の影響を考慮したバネを配置したLine Springモデルの一種として知られているSlice Synthesis Methodologyを活用して,表面・埋没き裂最深部の応力拡大係数を精度良く与える手法の改良を進め,応力拡大係数の推定精度向上を図ると共に,弾塑性き裂問題に関するき裂結合力モデルの構築を行った。2.疲労表面き裂成長時のき裂前縁形状変化に関する検討:疲労表面き裂の成長に伴うき裂前縁の応力拡大係数分布を調査してその傾向を把握すると共に,き裂前縁の形状変化を追跡する手法の定式化を行った。3.き裂結合力モデルに用いられる塑性拘束係数に関する検討:塑性拘束係数に及ぼす幾何形状,板厚及び加工硬化特性に関して実測結果と比較しっっ,数値検討を行い,弾塑仁き裂開口変位推定の精度向上を達成した。また,疲労き裂進展シミュレーションに入力するための,適切な塑性拘束係数の設定方法ついて検討した。

船舶和海洋结构物等大型焊接结构发生的疲劳断裂主要是源自焊趾的表面裂纹和埋藏裂纹以及焊缝金属中残留的缺陷。然而，由于材料的进步和船体设计理念的变化，仍然存在疲劳裂纹。难以预测的疲劳损伤，因此很难高精度地估计表面和埋藏裂纹的扩展行为，因此建立一种方法极其重要。为了解决上述问题，今年我们开展了以下一系列研究。 1. 使用切片合成法的表面/埋入式疲劳裂纹的应力强度因子估计方法和结合力模型构建：作为解决表面/埋入式裂纹问题的半解析方法，包含裂纹最深部分的截面正在考虑针对上述贯通裂纹问题，我们创建了一条线，在裂纹表面放置弹簧，并考虑到韧带区域在裂纹宽度方向上的影响（在埋藏裂纹的情况下，横截面平行到长轴）。利用切片合成方法（弹簧模型的一种），我们正在改进准确确定表面和埋藏裂纹最深部应力强度因子的方法，旨在提高应力强度因子的估计精度，构建了塑性裂纹问题的裂纹结合力模型。 2.疲劳表面裂纹扩展过程中裂纹前缘形状变化的研究：研究了疲劳表面裂纹扩展过程中裂纹前缘的应力强度因子分布，以了解其趋势，并制定了跟踪方法的形状变化。 3.裂纹结合力模型中使用的塑性约束系数研究：将影响塑性约束系数的几何形状、板厚、加工硬化特性与实际测量结果进行比较，进行数值研究，确定弹塑性系数提高了位移估计的精度。我们还研究了如何设置适当的塑性约束系数以输入疲劳裂纹扩展模拟。