Optimization of Weld Details to Avoid the Brittle Fractures at the Beam End with Field Welding

优化焊接细节以避免现场焊接梁端脆性断裂

基本信息

批准号：
22K04403
负责人：
東康二
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Sojo University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究は，接合部詳細の中でひずみ集中点となるスカラップ底から進展した延性き裂を起点とする脆性破壊を的確に予測し，より正確に接合部の終局耐力を求め比較することで，脆性破壊の発生を抑制する接合部の詳細形状の最適化を図ることを目的とする．これまでの研究により，JASS6型の危険性と形状を改良することにより変形性能が飛躍的に向上することが確認でき，解析によりスカラップ底へのひずみ集中が回避されることが確認できた．但し，同一形状でも，フランジとウェブのモーメント分担率，外法一定H形鋼のフィレット部の寸法，組立H形鋼製作時の溶接サイズや溶着金属の破壊靭性値，延性き裂の発生位置と進展方向によって破壊性状が異なり，一般化に向けては，更なる改良と適用範囲の確定が必要であることが明らかとなった．そこで，本年度は延性き裂の発生位置と進展方向に着目し，延性き裂がスカラップ底から梁断面方向ではなく，梁材軸方向に進展する場合について，実験的に検証を行った．過去の研究により，材軸方向に延性き裂が進展する場合，破壊モードがせん断モードとなり，脆性破壊の発生抑制に大きく寄与することが明らかとなっているが，実構造では開口型（モードⅠ）とせん断型（モードⅡ）が混在している．そこで，本年度は破壊力学パラメータの一つである応力拡大係数を用いて混合モード比なるモードの影響を考慮するパラメータを提案し，その有効性を確認した．柱梁接合部をモデル化した組立H形試験体の漸増繰返し載荷実験においてモードⅡが卓越した試験体について，有限要素解析でき裂を再現し，混合モード比を用いて試験体破壊時の終局耐力の予測を試みた．その結果，予測精度の改善がみられたが，ばらつきが大きく，精度向上には更なる材料試験レベルでの複合モード載荷試験による評価式の補正が必要であることが明らかとなった．

这项研究准确预测了源自扇贝底部（接头细节中的应变集中点）扩展的延性裂纹的脆性断裂，并更准确地确定和比较了接头的极限强度，目的是优化细节形状。抑制接头脆性断裂的发生。前期研究证实，通过改善JASS6型的风险和形状可以显着提高变形性能，分析证实可以避免扇贝底部的应变集中。但即使形状相同，翼缘与腹板的弯矩分担比、等外径H型钢的圆角部分尺寸、组装H型钢制造时的焊缝尺寸、断裂韧性值焊接金属、延性裂纹发生位置等。明确了断裂特性根据生长方向的不同而不同，为了通用化，需要进一步改进和确定适用范围。因此，今年我们重点研究了延性裂纹的位置和扩展方向，并通过实验验证了延性裂纹从扇形底部不是沿梁截面方向扩展，而是沿梁材料轴向扩展的情况。。过去的研究表明，当延性裂纹沿材料轴向扩展时，断裂模式变为剪切模式，这对抑制脆性断裂的发生有很大贡献，但在实际结构中，开放型（模式I）和剪切型（模式II）是混合的。因此，今年，我们提出了一种使用断裂力学参数之一的应力强度因子来考虑模式影响的参数，称为混合模式比，并证实了其有效性。在以梁柱节点为模型的组装式 H 形试件的渐进循环加载实验中，我们使用有限元分析来重现试件中以模式 II 为主的裂纹，并使用混合模式比来估计最终裂纹。我们试图预测样本的破坏强度。结果表明，预测精度有所提高，但变化较大，显然需要通过进一步材料测试水平的复合模式加载测试来修正评估公式，以提高精度。