砂時計形丸棒試験片を用いた降伏応力以下での繰返し載荷時軟化特性出現の挙動調査

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研究目的近年,設定耐久年数内,設計許容荷重以下で稼働しているにも関わらず,大型鋼構造物の疲労損傷事故が多数報告されている。疲労損傷対策の遅れは,重大な人的被害や経済打撃を与える恐れが十分にある。申請者は過去に構造用圧延鋼板(JIS G3136(SN490B鋼))の安全性評価のため,同鋼板から採取した砂時計形丸棒試験片を用いて,降伏応力以下での一定荷重振幅における繰返し載荷試験を実施した経験がある。その際,一定荷重振幅下で安定増加しているひずみが,ある繰返し数を境にひずみが局所的に増大する現象(材料の見かけの軟化や硬化)を確認している。本研究はこのような未解明な現象を解明し,鋼構造物の疲労損傷のリスク軽減に役立てることを目的とする。研究方法金属材料の疲れ試験より得られる一般的なS-N線図に示すような,疲れ限度よりも大きく降伏応力以下となるような荷重を考慮し,電気油圧式サーボ試験機で高サイクル疲労試験を行った。なお,試験速度は静的な引張り試験に準拠させている。取得データは荷重,ひずみ,変位である。また,試験実施の前後において試験片表面の詳細な形状観察も併せて行っている。研究結果今回の研究によりSN490B鋼について以下の知見が得られた。1)繰返し裁荷により塑性ひずみが発生・増加する過程において,最小断面部付近から局所的に降伏が始まり,次第に荷重軸方向へと降伏箇所が広がっていく様子を表面観察より確認した。2)繰返し裁荷による試験片変位の変化が試験中一様(変位増加無し)であったことは,最小断面部付近のみが局所的に伸びていることを示唆していた。3)塑性ひずみ-繰返し数関係の定量的な評価を,ロジスティック曲線を修正した提案式を用いることで可能とした。