Research on rational stress calculation method for structural hot-spot stress based fatigue evaluation

基于疲劳评估的结构热点应力合理应力计算方法研究

• 批准号: 21K04233
• 负责人: 判治 剛
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04233/
• 关键词: ホットスポット応力; 溶接継手; 疲労強度評価; 維持管理

鋼橋に生じる疲労き裂は，橋梁がシステムとして立体的に挙動することによる二次応力に起因するものがほとんどあり，その立体挙動の影響を直接とりこむことができる疲労強度評価法としてホットスポット応力法がある．ホットスポット応力（HSS）は，30年近く前に提唱された概念ではあるが，依然として完成された手法とはいいがたく，その精緻化が本研究の目的である．具体的には，板厚や面外曲げの影響，板側面のき裂への適用性，疲労限の考え方などについて，合理的かつ実用的なHSS算出法を提示するものである．今年度も昨年度に引き続き，板側面から生じたき裂（Type"b"き裂）を対象とし，ホットスポット応力による疲労強度評価法に関する検討を行った．得られた知見は以下のとおりである．1) 面内ガセット溶接継手に対して過去の広範な実験により得られた疲労寿命データを，IIW3点法（4-8-12mm）によるホットスポット応力範囲で再整理した．その結果，IIWで示されている疲労強度曲線（ガセット長100mm以下の場合はFAT100，100mmを超える場合はFAT90）を満足することが示された．2) 付加板を突合せ溶接した荷重伝達型T継手に対して，付加板厚を6, 12, 25mmと変化させて疲労試験を行った．疲労試験より得られた各継手の疲労寿命を公称応力で整理したところ，今回の試験体寸法の範囲内ではFAT71で評価できることを示した．3) 有限要素解析により2)の試験体におけるホットスポット応力範囲（IIW3点法）とノッチ応力範囲を求め，それらにより疲労試験結果を再整理した．付加板の板厚中央で求めたホットスポット応力範囲ではFAT100を満足することを示した．また，き裂が発生した板角部のノッチ応力範囲で整理すると，FAT225を用いて安全側に評価できることも明らかにした．

钢桥中发生的大多数疲劳裂纹是由桥梁的三维行为作为系统引起的次应力，而热点应力方法是一种评估疲劳强度的方法，可以直接纳入这些三维行为的影响。热点压力（HSS）是大约30年前提出的一个概念，但它仍然不是一个完美的方法，这项研究的目的是完善它。具体而言，它为板厚度和平面外弯曲的影响，适用于板侧裂纹以及疲劳限制的概念提供了一种理性和实用的HSS计算方法。今年，与上一个财政年度一样，我们还研究了一种评估由于热点应力而产生的疲劳强度的方法，靶向了板侧面产生的裂纹（型“ B”裂纹）。所获得的发现如下：1）使用IIW 3点方法（4-8-12mm）在热点应力范围内重新组织了从平面内壁板焊接接头进行的广泛实验获得的疲劳寿命数据。结果表明，IIW中显示的疲劳强度曲线（对于低于100毫米的毛刺长度的FAT100，对于100毫米以上的毛刺长度的FAT90）。 2）通过将额外的板焊接进行载荷传输型T耦合，然后将附加板的厚度更改为6、12和25 mm。使用名义应力组织了从疲劳测试中获得的每个关节的疲劳寿命，并显示FAT71可以在当前样品尺寸范围内评估。 3）通过有限元分析确定样品的热点应力范围（IIW 3点法）和标本的Notch应力范围，并根据这些结果重新组织疲劳测试结果。结果表明，在额外板厚度的中心确定的热点应力范围内，FAT100满足。还发现，当板块根据Notch应力范围进行组织时，FAT225可用于评估安全侧。