不規則な荷重履歴作用下における大型溶接構造物の疲労き裂発生・伝播挙動解析

不规则载荷历史下大型焊接结构疲劳裂纹萌生和扩展行为分析

• 批准号: 14J04132
• 负责人: 松田 和貴
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J04132/
• 关键词: 疲労; 構造・材料力学; 重畳応力履歴

船舶や海洋構造物に作用する波浪荷重は通常の疲労試験で設定される一定応力振幅条件と異なり，波浪に伴う応力履歴にホイッピングやスプリンギングなどの弾性振動成分が重畳した複数周波数成分を有する場合（いわゆる重畳応力履歴条件）がある．近年の船体構造の大型・軽量化や航行船速の向上などにより，重畳応力成分が疲労強度に及ぼす影響が無視できない場合があることが問題視され，これに対する研究が積極的に行われているものの，未だ明確な結論は得られていない．これに対して研究者は，重畳応力履歴条件下において平均応力が任意に変化する場合にも疲労き裂成長履歴の推定を可能とするアルゴリズムを構築した．次に，同手法の妥当性を検証するため，種々の重畳応力履歴及び変動する平均応力条件を設定した載荷履歴条件下における疲労き裂伝播試験を実施した．疲労き裂伝播試験には，初期き裂を導入した中央貫通き裂試験片と，平均応力変動を伴う重畳応力履歴の載荷を可能とした油圧サーボ試験機を用いた．一連の疲労試験結果と数値シミュレーション結果の比較により，本研究で構築したアルゴリズムに基づく数値シミュレーションにより，平均応力変動を伴う重畳応力履歴条件下における疲労き裂伝播履歴を比較的良好な精度で推定できることを確認した．なお，本研究で設定した載荷条件は載荷履歴中全般に渡って高周波成分を重畳していたが，実際の船体や海洋構造物に生じる応力履歴では，間欠的に重畳応力履歴が作用して減衰し，波浪変動外力に伴う応力の低周波成分のみが作用する時間があるため，この条件を考慮した実験と数値シミュレーションを実施し，構築手法の妥当性を検証することが，本研究分野における将来的な課題であろう．

作用在船舶和海上结构物上的波浪载荷与正常疲劳试验中设定的恒定应力振幅条件不同，并且与波浪相关的应力历史具有多个频率分量，并且弹性振动分量如叠加的鞭打和弹跳（所谓的叠加）。压力历史条件）。近年来，随着船舶结构的大型化、轻量化和航速的提高，叠加应力分量对疲劳强度的影响已成为不可忽视的问题，对此问题的研究正在积极开展，但目前还没有。目前已经得出明确的结论。为此，研究人员构建了一种算法，即使平均应力在叠加应力历史条件下任意变化，也可以估计疲劳裂纹扩展历史。接下来，为了验证该方法的有效性，在具有各种叠加应力历史和变化平均应力条件的加载历史条件下进行了疲劳裂纹扩展试验。对于疲劳裂纹扩展试验，我们使用了引入初始裂纹的中心贯穿裂纹试件和能够加载具有平均应力波动的叠加应力历史的伺服液压试验机。一系列疲劳试验结果与数值模拟结果的比较表明，基于本研究开发的算法，通过数值模拟可以以相对较好的精度估计具有平均应力波动的叠加应力历史条件下的疲劳裂纹扩展历史。 。请注意，本研究中设定的载荷条件在整个载荷历史中叠加了高频分量，但在船体和海上结构中实际发生的应力历史中，叠加的应力历史间歇性地作用并导致衰减，但是，由于存在衰减。当只有与波浪波动外力相关的应力的低频分量起作用时，对该研究领域的未来进行考虑该条件的实验和数值模拟并验证其有效性具有重要意义。这可能是一个主要问题。

项目成果

等価疲労応力を用いた複数周波数成分を有する変動荷重条件下における疲労亀裂伝播挙動解析

使用等效疲劳应力分析多频率分量变载荷条件下的疲劳裂纹扩展行为

• 发表时间: 2014
• 作者: 渡辺 日香里; 梅木 辰也; 土井 寛之; 都築 誠二; 齊藤 蒼思; 神崎 亮; 高椋 利幸; 梅林 泰宏;平井拓弥，徐少林，嶋田慶太，水谷正義，厨川常元;松田和貴，後藤浩二
• 通讯作者: 松田和貴，後藤浩二

Numerical Simulation of Fatigue Crack Propagation under Superimposed Stress Histories with Several Constant and Variable Mean Stresses

几个恒定和可变平均应力叠加应力历史下疲劳裂纹扩展的数值模拟

• DOI: 10.2534/jjasnaoe.20.119
• 发表时间: 2014
• 期刊: Journal of the Japan Society of Naval Architects and Ocean Engineers
• 作者: Shaolin Xu;Ryu Iwatate;Keita Shimada;Masayoshi Mizutani;Tsunemoto Kuriyagawa;松田和貴，村上幸治，後藤浩二
• 通讯作者: 松田和貴，村上幸治，後藤浩二